北京大学NatureMethods发布表观遗传重要成果

　　尽管几乎到处（食物、土壤、牙膏、尤其是自来水中）都存在有氟离子，其对于微生物和细胞具有很强的毒性作用。为了避免死亡，细胞必须清除掉在它们内部累积的氟离子，这一过程是通过离子通道来实现。离子通道指的是穿过细胞膜的一种蛋白质通道，其只允许特异的物质通过。

　　氟离子通道直到最近才被人发现，一些研究暗示其具有不同寻常的结构，这或许可以解释它们对于氟离子的显著选择性。然而，由于这些离子通道非常小，因此结晶它们极具挑战，阻碍了研究人员调查它们的原子结构。

　　在发表于9月7日《自然》（Nature）杂志上的一项研究中，一个国际科学家小组克服了这些限制，第一次解析了一种氟离子通道的原子结构。他们发现了一种独特的“双管”（ double-barreled）结构，其包含了两个氟离子流过孔道，这代表了离子运输的一种新机制。研究结果阐明了这些通道的进化，提供了一些新方法来改变它们的功能，指出了一些潜在的应用如开发出新型抗生素等。

　　研究人员是通过重要的技术创新利用单体（monobodies）——可自定义设计结合靶蛋白上高度特异位点的小合成蛋白来获得这一成果的。他们设计出这些单体来充当“结晶伴侣”，稳定和调整了氟离子通道因此能够确定它们的结构。

　　世界单体研究和设计先锋、芝加哥大学生物化学和分子生物物理学教授、论文的共同作者Shohei Koide博士说：“很显然，合成结合技术现在已经成熟。单体已经优化、强大至可以用来攻克一些重要的生物学及医学问题，例如氟离子通道的结构。此外，还可以利用它们来生成几乎可立即用于工业中的一些分子。这令我们感到兴奋，我们将继续揭示这一强大技术的许多可能性。”

　　布兰迪斯大学生物化学教授、HHMI研究员Christopher Miller博士领导的研究小组最近才发现及研究Fluc氟离子通道家族，研究人员发现它们是鉴别出的最具选择性的通道。其对氟离子具有显著的特异性，可以将它与密切相关的氯离子区分开来。

　　要确定这些离子通道的原子结构，必须采用X-射线晶体技术。这就要求必须纯化及以一种高度有序、可复现的方式结晶通道蛋白。然而，当脱离它们的自然环境时膜蛋白会失稳定。为了避免这一问题，传统的生化技术是利用洗涤剂化合物来遮盖及稳定定位在细胞膜中的表面区域，使得能够进行结晶。

　　对于氟离子通道而言，由于通道很小且几乎完全嵌入在膜内，用洗涤剂化合物遮盖的表面区域很难形成结晶。为了解决这一挑战，Koide、Miller和他们的研究小组设计出了与氟离子通道上靶位点——尤其是，两个没有嵌入到细胞膜内的微小表面结合的单体。这显著扩大了可利用来结晶这一通道的表面区域。此外，单体具有的某些特性，使得它们能够彼此以一种高度可重现的方式排列，进一步促成了构建出稳定的晶格。这两个研究小组进一步与来自牛津大学的Simon Newstead研究小组合作，利用了新的膜蛋白结晶技术。三方合作生成了这一离子通道的原子结构。

　　研究人员发现，氟离子通道包含两个主要的构件，它们以一种反向平行的方式组装在一起。大多数离子通道都只有一个离子通过孔。而Fluc有两个。这一结构与另一类的膜蛋白：转运蛋白（transporters）相似。但转运蛋白利用了能量主动将离子泵过细胞膜，而Fluc离子通道则不需要能量。这种相似性和差异促使研究人员提出将这些离子通道命名为“通道运输蛋白”（ channsporter）。

　　Koide 说：“这一分子的功能是一个离子通道，但结构更像是一个转运蛋白。从进化上说，它非常的有趣。尽管还需要进一步的研究，这一蛋白似乎是从可能具有反向平行几何结构的东西进化而来，这种反向平行几何结构对于完整性极为重要，但未必对于功能很重要。”