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MSCS 通道蛋白（粉紅色）及其相關脂質（深綠色、淺綠色、紅色）嵌在納米圓盤（灰色）中。圖片來源：洛克菲勒大學
幾乎所有的細菌都依賴于相同的應急閥門——蛋白質通道在壓力下打開，釋放大量的細胞內(nèi)容物。這是一種安全措施，當拉伸到極限時，可以防止細菌爆炸和死亡。如果了解這些蛋白質通道是如何工作的，抗生素藥物就可以設計成根據(jù)需要打開它們，利用“閘門”排干細菌的營養(yǎng)物質。
但研究這些通道在實驗室中很難操作，因此它們究竟是如何打開和關閉以及通過一種亞導電狀態(tài)最終以脫敏狀態(tài)結束的，人們?nèi)匀恢跎佟，F(xiàn)在，美國洛克菲勒大學的Thomas Walz 實驗室的一項新研究介紹了一種激活和可視化這些通道的新方法，使解釋它們的功能成為可能。這些發(fā)現(xiàn)揭示了細菌中關鍵的膜蛋白，同樣的方法也可以用來提高對人類類似通道的理解。
“我們實際上能夠看到蛋白質通道一系列功能階段的整個周期。”Walz說。
研究人員表示，一種嵌入細菌膜的蛋白質MscS，在機械力的作用下會打開。MscS存在于一層厚膜中，處于封閉狀態(tài)?？茖W家曾經(jīng)懷疑，當液體積聚導致細胞膨脹并對膜施加壓力時，膜會被拉伸得非常薄，以至于其蛋白質突出。之后，蛋白質通道突然打開，釋放細胞內(nèi)容物，釋放壓力，直到細胞膜恢復到原來的厚度，通道突然關閉。
但是，當Walz小組的博士后張一曉（音譯）發(fā)現(xiàn)不可能通過在自然范圍內(nèi)稀釋膜撬開通道?！拔覀円庾R到膜變薄并不是這些通道打開的方式?！盬alz說。
Walz和張一曉決定突破納米圓盤技術的極限，用β-環(huán)糊精去除膜脂，這種化學物質用于從細胞培養(yǎng)中去除膽固醇。這在膜上引起了張力，Walz團隊可以用低溫電子顯微鏡觀察通道的相應反應。
他們觀察到的結果與計算機模擬相吻合，并且發(fā)現(xiàn)MscS的一種新功能模型。當液體在細胞內(nèi)積聚時，脂質就會從各個角落被召集來幫助緩解整個細胞膜的緊張。如果情況變得糟糕，甚至與MscS通道相關的脂質也會流失。沒有脂質保持它們的閉合，這些通道就有足夠的空間打開。相關論文刊登于《自然》。
研究人員表示，許多這樣的蛋白質在人類中起著關鍵作用，從聽覺、觸覺到血壓的調節(jié)，而且是非常有趣的藥物靶點。
相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03196-w
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