追踪蛋白质短暂形状变化的强大技术

威尔康奈尔医学院的研究人员开发了一种强大的新技术，可以生成改变蛋白质结构的“电影”，速度高达每秒50帧。

资深作者、威尔康奈尔医学院麻醉学研究杰出教授SimonScheuring博士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着时间的推移而发生结构变化。

尽管该领域的研究人员通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，但所得的结构图片或模型只是快照。记录分子结构的动态——制作电影——是一个更加艰巨的挑战。该研究的主要作者是威尔康奈尔生物医学科学研究生院的博士生姜一宁。

在4月17日发表在《自然结构与分子生物学》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来扫描分子表面，本质上是感受它们的结构。作为一项关键创新，科学家们找到了一种分离目标分子(单一蛋白质)的方法，从而避免蛋白质间相互作用的影响，并实现更快、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，它是一种位于细胞膜上的“转运蛋白”，将神经递质分子引导到细胞中。由于其复杂且令人费解的动力学及其在健康和疾病中的重要性，此类转运蛋白是结构生物学家最喜欢的目标之一。

研究人员获得了GltPh的动态结构数据，这些数据前所未有地结合了高空间和时间分辨率以及稳定性，因此他们可以连续记录几分钟内GltPh结构的微小波动。

此类蛋白质中的一个未解决的现象被称为“旅行癖”动力学，这意味着据报道分子会在高活性模式和低活性模式之间进行功能变化，但没有明显的原因。这项工作揭示了一种以前未见的GltPh结构状态，其中转运蛋白被锁定并在功能上处于休眠状态，揭示了“旅行癖”动力学的基础。

研究人员强调，他们不断尝试优化的新方法可推广用于研究其他蛋白质，包括膜嵌入蛋白质。他们说，总的来说，这项工作为追踪蛋白质在其活动和休息周期中的精确结构开辟了新的可能性。