速览 | 原子探针层析术完整还原膜蛋白结构,为分子药物研发提供新动力
2019/07/04
瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员开发出了一种独特的蛋白质研究方法,可以为药物研究打开新的大门。

蛋白质是构成细胞的基础有机物,也是生命活动的主要承担者。正是由于担当着这一神圣的使命,使其成为了科学家在新药研发时新的关注点。尤其是细胞膜上那些掌管着分子能否进入细胞“生杀大权”的蛋白质,其复杂而神秘的作用机制不断激发着科学家的探究欲望。


https://doi.org/10.1002/smll.201900316

在之前的研究中,科学家们研发了几种不同的蛋白质成像方法,但没有一种方法能够完全解决在自然环境中对单个膜蛋白研究的难题。然而,在近日一项发表在《Small》杂志上的研究带来了新的突破,查尔姆斯理工大学化学和化学工程系的Martin Andersson教授及其团队现已成功地使用原子探针断层扫描(Atom Probe Tomography)技术完成对膜蛋白的成像和研究。


原子探针断层扫描(APT或3D原子探针) 图片来源:CAMECA

尽管该技术已经存在多年,但之前一直仅仅应用在研究金属或其他硬质材料中,并未涉及到生物学领域。Martin Andersson教授对于这一发现也解释到:“这是一次偶然的启发。当我们在研究骨骼和移植体之间的接触表面时发现使用这种技术可以有效区分骨骼中的有机物质,这给了我们进一步探究的动力。”


Martin Andersson教授 图片来源:Chalmers University of Technology

要想清楚地研究单个膜蛋白的成像,完整地提取蛋白质成为了关键。

研究人员们选择将体内的蛋白质封装到仅仅约50纳米(一纳米等于百万分之一毫米),壁厚的玻璃胶囊中,取出之后用电场切断玻璃胶囊的最外层,将蛋白质按原子顺序逐个释放。最终,在计算机上以3D的形式完整还原蛋白质的结构,并对现有蛋白质三维模型的补充和完善,为今后科研人员的研究准确性和可靠性提供重要的工具。

这一突破性研究不仅实现了膜蛋白的完整成像,也带来蛋白质模拟三维结构的更新,更揭示了蛋白质在原子层面的化学成分,为建立药物分子与不同同位素结合的试验提供了研究的价值,更为新药的加速试验和生产提供助力。

但这一研究方法也存在时代的局限性。Martin Andersson研究小组的研究员Gustav Sundell说到:“通过原子探针断层扫描技术这一方法,我们目前只能对大约1%的膜蛋白进行成功的结构分析,而对所有的蛋白质进行完整性研究仍是不可能完成的任务。”

参考资料:

[1] Proteins trapped in glass could yield new medicinal advances

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