知名華人女科學家Nature聚焦重要轉運蛋白

　　細菌可以把很多的東西發送到超越自身邊界之外的世界中去：向它們種族的 其他成員傳送信號，向它們的敵人投放毒物，發出欺騙性的指令操控它們感染的宿主細胞。然而，在此之前它們必須首先讓這些貨物跨過它們自身的細胞膜，許多的 細菌進化出了一些專門的結構和系統來發動一些蛋白質完成這些工作。

　　來自洛克菲勒大學的研究人員確定了一種簡單但從前未探討過的細胞泵的結構，這一細胞泵控制了蛋白質通過細菌細胞膜。研究成果提供了讓細菌能夠操控環境的結構機制的一些新見解。相關論文發表在7月23日的《自然》（Nature）雜志上。

　　領導這一研究的是洛克菲勒大學膜生物學和生物物理學實驗室負責人、霍華德休斯醫學研究所研究員陳覺（Jue Chen）教授。陳教授早年畢業于上海同濟大學，2002年受聘于普渡大學建立自己的實驗室以麥芽糖轉運體為實驗室的主要研究發現。2008年成為霍華德 休斯醫學研究院研究員。2014年受聘于洛克菲勒大學。當前研究主要集中在探明細胞膜上轉運蛋白的結構和功能上，在Nature、Science等頂級期刊上發表多項重要研究成果，她的研究有可能對治療癌癥和纖維囊泡癥起關鍵作用。

　　陳覺說：“這一稱作為PCAT的細胞泵是由一個蛋白構成，它是一種能夠識別、處理自身貨物，然后燃燒化學燃料將這一貨物泵出細胞外的一體化機器。這一新的原子水平的結構第一次解釋了這三種功能之間的聯系。”

　　在許多類型為細胞所需而進出細胞膜的分子中，蛋白質是最大的分子。PCATs專門負責將蛋白質泵出細胞，由于它們是單分子機器，可獨立或是在某些細菌中與兩個伙伴蛋白協同發揮作用，因此它們是最簡單的細胞泵系統。

　　每個PCAT分子都有三種結構域，各個結構域均有兩個：第一種結構域識別它攜帶的打上標記的貨物；第二種結構域結合并燃燒ATP,ATP是一種在其 原子鍵中存儲著能量的分子；第三種結構域則形成了一個跨越細胞膜的通道。以往的研究已確定了前兩種結構域的結構，但關于第三種結構域的結構以及這些組件如 何協同作用的細節仍然是個謎。

　　論文的第一作者、實驗室博士后David Yin-wei Lin說：“此時此刻，我們都不清楚有多少PCATs存在，盡管我們預計它們的數量眾多，因為每一個都專門負責一種特定的貨物。在這項研究中，我們將焦點放在了PCAT1上，它負責轉運一種功能未知的小蛋白。為了了解得到來自ATP的能量后PCAT1改變形狀的機制，我們檢測了兩種狀態下：即有無ATP時的PCAT1結構。”

　　研究小組純化并結晶了來自嗜熱細菌熱桿梭菌（Clostridium thermocellum）的PCAT1蛋白。為了確定這些晶體的結構，他們利用了一種叫做X-射線衍射分析的技術。首個確定的無ATP的PCAT1蛋白 結構揭示出了一個驚人的特征：它由一個大的含水中心通道，為親水蛋白提供了一個天然的環境。識別貨物的結構域護衛著進入這一通道的兩個側孔，起著檢票員的 作用。在將蛋白質引入這一通道中去之前，這一結構域上的一些位點可以識別和剪去貨物的標記。