转运蛋白结构解析与抗药性研究是生物史上一个新的里程碑

[2013/4/8]

　　日本一个研究小组日前在《自然》杂志网络版上报告说，他们弄清了细菌细胞膜上的转运蛋白的立体结构，转运蛋白能将药物排出细胞从而让细菌产生抗药性。这一发现有望帮助研发抗菌新药。

　　东京大学的研究小组以耐受高温环境的嗜热古菌的转运蛋白为模型，使其在脂质中结晶，然后利用X射线详细分析了其立体结构。最终确认了其负责直接排出抗生物质的部分。研究人员将氨基酸连接成环状形成肽，成功阻止了嗜热古菌转运蛋白功能，使其无法排出抗生物质。

　　多重耐药菌是指有多重耐药性的病原菌，多种抗生物质对其都无法发挥作用。研究小组认为，如果能够研发出阻碍多重耐药菌转运蛋白功能的物质，就有望开发强有力的抗菌新药。

　　有一种蛋白质在帮助细胞除去毒素中发挥至关的重要作用，但也因为将靶向细胞的一些抗生素和癌症药物踢除在细胞之外，而影响着这些药物的效力。近日来自日本的研究人员确定了这一重要蛋白质的详细分子结构。

　　该蛋白质是定位在细胞膜上的，一种多药及毒性化合物外排(multidrugandtoxiccompoundextrusiontransporter,MATE)转运蛋白。科学家们还发现了一种分子能够阻止这一蛋白质的活性。这些研究发现为对抗抗生素耐药，增大癌症治疗效力提供了新方法。研究论文报告在3月27日的《自然》(Nature)杂志上。

　　从前科学家们做出过不少的努力，试图鉴别出能够阻断MATE转运蛋白的化合物，但均未获得成功。其部分原因在于研究人员对于这些蛋白质的运作机制知之甚少。但在过去的三年里，科学家们在绘制转运蛋白详细结构图谱方面取得了一些进展。两个实验室已经对两种细菌MATE蛋白的结构进行了解析，揭示出了蛋白质将毒素排出细胞外的一种机制。

　　最新的研究以比之前更高的分辨率，绘制了来自嗜热古细菌Pyrococcusfuriosus的第三种MATE蛋白的图谱。由东京大学生物物理学家OsamuNureki领导的一个研究小组，报告称这一膜结合蛋白的形状就像一个“V”字，有一个开口端面朝着细胞外。Nureki和研究小组认为，当一个质子在MATE蛋白细胞外侧上一个位点与之结合时，蛋白质的其中一个区段形状会由直转弯，将所有附近的外来分子推出细胞外。

　　“我认为这是向前迈出的重要一步。他们了解了一种直接机制：质子改变了蛋白质N-lobe槽的形状，”英国剑桥大学药理学家HendrikVanVeen说。

　　加州大学圣地亚哥分校结构生物学家GeoffreyChang说，这些结果与来自霍乱弧菌MATE蛋白的结果非常相似。Geoffrey和同事们曾在2010年报告了霍乱弧菌MATE的结构。“这三种结构很了不起，因为它们建立了整体的架构，”他说。

　　Nureki和研究团队还发现了一种肽可以抑制他们研究的这种MATE蛋白，并确定了它的结合位点及机制。VanVeen说，抑制性肽无需进入细胞就可以完成它的工作。这是一个有前景的概念证明，表明有可能制造出一种MATE阻断药物。

　　Nureki说，他发现的肽可能无法抑制P.furiosus之外生物体内MATE蛋白的活性。但他正在致力于鉴别人类和霍乱弧菌中MATE转运蛋白的封闭肽。“我们可以很容易地筛查出最适合每种MATE的肽。”

　　Nureki说，真正重要的是将这些研究发现转化为临床应用。他表示，在MATE封闭肽能够在人类内经受广泛测试前，还必须对它们进行改造，使得它们能够稳定存在于血液中，避免引起免疫反应。但最终他们的肽将可以应用于人类。

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