來自美國加州大學(xué)舊金山分校、德國法蘭克福歌德大學(xué)的研究人員，利用單粒子低溫電子顯微鏡揭示出了亞納米分辨率的異二聚體ABC(ATP binding cassette)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)。這一重要的研究結(jié)果發(fā)表在11月2日的《自然》（Nature）雜志上。

ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族是一大類跨膜蛋白，其主要功能是利用ATP水解產(chǎn)生的能量將與其結(jié)合的底物排出細(xì)胞外。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族包含了100余種膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，廣泛存在于在從細(xì)菌到人類各種生物體中。

正常生理條件下，ABC蛋白是細(xì)菌質(zhì)膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是哺乳動物細(xì)胞質(zhì)膜上磷脂、親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。其在肝、小腸和腎等器官細(xì)胞質(zhì)膜分布豐富，能將天然毒物和代謝廢物排除體外。研究表明其與病原體的癌細(xì)胞的多藥耐藥以及許多的人類疾病存在關(guān)聯(lián)。

法蘭克福歌德大學(xué)生物化學(xué)研究所的Robert Tampé教授說：“一方面，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白引起了如囊性纖維化等疾病，另一方面它們對免疫系統(tǒng)識別感染細(xì)胞或癌細(xì)胞負(fù)責(zé)。由于它們可導(dǎo)致細(xì)菌和其他病原體對抗生素耐藥，因此ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有重要的醫(yī)學(xué)、工業(yè)及經(jīng)濟(jì)意義。同樣的，它們還幫助了癌細(xì)胞保護(hù)自身不受細(xì)胞生長抑制劑的傷害，由此決定了化療是否能夠取得成功。”

Robert Tampé領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與加州大學(xué)舊金山分校的同事們合作，借助于高分辨率低溫電子顯微鏡第一次成功確定了不對稱ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。“在過去的5年里，我們成功地開發(fā)了許多創(chuàng)新性的方法。這使得我們獲得了從前難以想象的一些認(rèn)知，”Tampé說。

研究人員在當(dāng)前的Nature雜志上報告說，他們以前所未有的亞納米分辨率調(diào)查了冷凍的單個ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白復(fù)合物。為此目的，他們利用了一種新開發(fā)的單電子攝像機(jī)、新的成像過程和特異的抗體片段，確定了這一動態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象。

“結(jié)合物理、生物技術(shù)、生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法，促成了在闡析大分子復(fù)合物結(jié)構(gòu)方面巨大的飛躍。這種方法將推動針對性地開發(fā)出引領(lǐng)潮流的治療方法，”Tampé說。