生物物理学家提出了膜蛋白结晶的新方法

来自MIPT，Jülich研究中心(德国)和Institut de Biologie Structurale(法国)的科学家团队开发了一种新的膜蛋白结晶方法。科学家们首次表明，被称为“纳米圆盘”的细胞膜合成片中的膜蛋白可以转移到脂质立方相中并结晶。该研究发表在ACS晶体生长与设计中，将使科学家能够在确定的膜环境中进行功能研究之后使膜蛋白结晶，避免常常关键的去污剂溶解过程，这通常会影响其功能和结构完整性并使蛋白质不可结晶。

膜蛋白对基础研究和应用研究(例如药物开发和光遗传学)都非常感兴趣。它们负责活细胞中的各种过程，控制细胞对环境的反应和跨细胞膜的分子运输。它们是非常重要的药物靶标，它们的结构对药理学非常重要。对蛋白质结构的了解促进了新药的开发，并提供了对基本生物过程的见解。

不幸的是，解决膜蛋白结构是结构生物学的主要挑战。在7000种预测的人膜蛋白中，结构仅为数十种而已知。由于它们的两亲性质，膜蛋白必须从细胞膜中提取并溶解在水溶液中以进行生化研究和随后的结晶。以前，科学家不得不使用称为洗涤剂的“肥皂”分子来稳定溶液中的膜蛋白。然而，这些分子倾向于损害蛋白质稳定性和功能性，通常损害生物物理和结构分析。

近期膜蛋白研究中最突出的成就之一是用于膜蛋白处理的膜模拟纳米圆盘的发明。纳米圆盘是细胞膜的盘状片段，被工程化的蛋白质“带”包围以使它们在水溶液中稳定。有趣的是，我们的身体也使用类似的颗粒，称为脂蛋白，通过血管运输脂质和胆固醇分子的“束”。在膜生物化学中使用这种颗粒的概念最初是由Stephen Sligar在2002年提出的。从那时起，纳米圆盘已经在膜蛋白的生物化学和生物物理学研究中找到了许多应用。与清洁剂不同，纳米圆盘为膜蛋白重折叠和稳定提供了更像天然的环境。此外，可以改变纳米圆盘直径和脂质组成以模拟特定膜蛋白的细胞膜，使得可以在其近乎天然的状态下重建膜蛋白的大复合物。

纳米圆盘还广泛用于使用核磁共振(NMR)，冷冻电子显微镜，原子力显微镜和其他方法研究膜蛋白的结构。

直接使用嵌入纳米圆盘中的膜蛋白进行结晶对结构生物学非常重要，但尽管付出了相当大的努力，但研究人员还未能证明这是可能的。MIPT科学家发现了一种将纳米圆盘中嵌入的膜蛋白直接转移到基于脂质的结晶基质并生长适合高分辨率X射线衍射研究的膜蛋白晶体的方法。在新提出的方法中，含有膜蛋白的纳米圆盘“溶解”在结晶基质中，之后结晶由脂质双层相整体的性质驱动。以这种方式获得的晶体质量与使用传统方案生长的晶体相当，

“我们希望在目前的研究中探索的方法可以应用于膜蛋白的结晶。纳米圆盘辅助稳定膜蛋白与最先进的结晶技术的结合可以帮助世界各地的科学家为了更好地了解膜蛋白的结构和功能，“该论文的第一作者，MIPT膜蛋白高级研究实验室的研究员Mikhail Nikolaev说。