來自凱斯西儲大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種叫做陽離子擴(kuò)散蛋白(cation diffusion facilitators, CDFs)的蛋白家族，調(diào)控一個重要細(xì)胞循環(huán)的機(jī)制——這一循環(huán)將細(xì)胞生成的能量轉(zhuǎn)換為了必要的細(xì)胞功能。這一研究發(fā)現(xiàn)有潛力推動未來的研究鑒別出一些方法來確保這一過程按照設(shè)計運作，如果成功的話，這有可能促成帕金森病、慢性肝病和心臟病治療上的重大突破。相關(guān)研究在線發(fā)表在6月22日的《自然》（Nature）雜志上。

論文的資深作者、凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)院癌癥研究教授Mark R. Chance博士說：“CDF是存在于所有生命形式中的一個重要的蛋白質(zhì)家族。人類CDFs發(fā)生突變或是調(diào)控變化會改變對細(xì)胞功能至關(guān)重要的金屬離子的濃度，與一些累及內(nèi)分泌、神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟和心血管系統(tǒng)的重要人類疾病有關(guān)。”

為了了解這一細(xì)胞循環(huán)的運作機(jī)制，研究人員設(shè)想了人類細(xì)胞上有一道閘門控制了維持細(xì)胞生存必須的物質(zhì)流動。這道閘門開啟和關(guān)閉的時間及方式對于基本細(xì)胞功能至關(guān)重要，并轉(zhuǎn)而影響了人類健康。CDFs通過在能量循環(huán)時控制金屬離子的流動，確保了這一閥門無縫運行。在本研究中，凱斯西儲大學(xué)的科學(xué)家們試圖了解了CDF分子發(fā)揮功能的復(fù)雜細(xì)節(jié)以及運輸?shù)臋C(jī)制。

Chance和同事們研究了細(xì)菌中的一種CDF形式：YiiP蛋白，證實YiiP像馬達(dá)一樣發(fā)揮功能，利用了質(zhì)子梯度形式的能量將鋅離子泵出細(xì)胞外。

當(dāng)鋅被成功推出細(xì)胞外時，質(zhì)子流會進(jìn)入到細(xì)胞中。正常運作的鋅-質(zhì)子流循環(huán)引入質(zhì)子，YiiP蛋白將其轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)象改變。這些變化轉(zhuǎn)而將鋅送出了細(xì)胞外。如果控制鋅-質(zhì)子循環(huán)的這一CDF調(diào)控閘門發(fā)生功能障礙，就會導(dǎo)致一系列的疾病。

為了顯現(xiàn)這一鋅-質(zhì)子循環(huán)的圖像，凱斯西儲大學(xué)的科學(xué)家利用了先進(jìn)的動態(tài)成像技術(shù)——這種細(xì)胞循環(huán)的運行時間尺度相當(dāng)于一眨眼。動態(tài)成像涉及一種標(biāo)記系統(tǒng)：X-射線介導(dǎo)的羥自由基足跡法（Hydroxyl radical footprinting），研究人員利用它來識別了跨膜蛋白質(zhì)中的水分子?？茖W(xué)家們還利用質(zhì)譜法，研究了標(biāo)記蛋白。這些技術(shù)使得研究人員能夠?qū)崟r觀察YiiP蛋白。

“包括CDF在內(nèi)的一些膜蛋白是最重要的細(xì)胞藥物靶點，其中G-蛋白歐聯(lián)受體(GPCR)代表了50%的非抗生素類藥物市場，”Chance說。

GPCRs是一類能夠感知細(xì)胞外化學(xué)信號，隨后激活對這些信號的細(xì)胞反應(yīng)的蛋白分子。Chance和同事們一直利用創(chuàng)新的質(zhì)譜分析技術(shù)從事GPCR的結(jié)構(gòu)和動態(tài)研究。這一新研究工作生成了膜蛋白CDFs的動態(tài)圖譜，它是一種復(fù)雜的機(jī)器，利用了可廣泛獲取的能量形式：質(zhì)子梯度完成了細(xì)胞功能。

Chance說：“我們現(xiàn)在生成了一系列離子通道和GPCRs的信號傳導(dǎo)及離子運輸機(jī)制的高分辨率圖像。我們的CDFs工作提供了一個范例，表明這些新技術(shù)解答膜蛋白領(lǐng)域一些重要問題的能力。我們必須繼續(xù)研究CDFs來了解它們的作用機(jī)制，尤其是藥物對于作用生化機(jī)制的影響。”