追踪蛋白质转瞬即逝的形状变化

威尔康奈尔医学院的研究人员开发了一种强大的新技术，可以以高达每秒50帧的速度生成蛋白质结构变化的“电影”。

资深作者、威尔康奈尔医学院麻醉学研究杰出教授西蒙·谢林（Simon Scheuring）及其同事开发了这种新方法，以更好地了解生物分子如何随时间在结构上发生变化。

尽管该领域的研究人员经常对静态蛋白质和其他分子进行足够精细的成像，以解析单个原子的位置，但由此产生的结构图片或模型是快照。记录分子结构的动力学——制作电影——一直是一个更艰巨的挑战。该研究的主要作者是威尔康奈尔大学生物医学科学研究生院的博士生Yining 江。

在4月17日发表在《自然结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）上的研究中，研究人员使用了一种相对较新的测量技术，称为高速原子力显微镜（HS-AFM），该技术采用极其灵敏的探针扫描分子表面，基本上可以感受它们的结构。作为一项关键的创新，科学家们找到了一种分离目标分子（单一蛋白质）的方法，从而避免了蛋白质与蛋白质相互作用的影响，并实现了更快、更精确的扫描。

研究人员将他们新的单分子HS-AFM方法应用于一种名为GltPH的蛋白质，这是一种位于细胞膜中的“转运蛋白”，将神经递质分子引导到细胞中。这种转运蛋白是结构生物学家最喜欢的目标之一，因为它们具有复杂而令人费解的动力学，以及它们在健康和疾病中的重要性。

研究人员以前所未有的高空间和时间分辨率以及稳定性获得了GltPH的动态结构数据，因此他们可以连续几分钟记录GltPH结构的微小波动。这种蛋白质中未解决的现象被称为“旅行癖”动力学，这意味着据报道分子在高活性和低活性模式之间发生功能变化，原因不明显。这项工作揭示了GltPH以前从未见过的结构状态，其中转运蛋白被锁定并在功能上处于睡眠状态，揭示了“旅行癖”动力学的基础。

研究人员表示，他们不断尝试优化的新方法可用于研究其他蛋白质，包括膜嵌入蛋白质。总的来说，他们说，这项工作开辟了新的可能性，可以在蛋白质的活动和休息周期中每时每刻跟踪蛋白质的精确结构。

这项研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）、国家补充和综合健康中心以及国家神经疾病和中风研究所的支持。

许多威尔康奈尔医学院的医生和科学家与外部组织保持关系并合作，以促进科学创新并提供专家指导。该机构公开这些披露以确保透明度。有关此信息，请参阅Scheuring博士的个人资料。

吉姆·施纳贝尔（Jim Schnabel）是威尔康奈尔医学院的自由撰稿人。