Nature子刊：利用磁镊子首次揭示葡萄糖转运蛋白的折叠过程

细胞被膜分隔开来，存在于这些膜中的蛋白在运输细胞信息方面发挥着重要作用。为了使这些蛋白发生正常功能，它们必须通过正确的折叠过程形成三级蛋白质结构。在一项新的研究中，来自韩国首尔大学和英国医学研究委员会分子生物学实验室的研究人员使用单分子磁镊子（magnetic tweezer）首次确定了葡萄糖转运蛋白---一种复杂的膜蛋白---的折叠过程。相关研究结果近期发表在Nature Chemical Biology期刊上，论文标题为“Evolutionary balance between foldability and functionality of a glucose transporter”。

利用内质网（ER）膜蛋白复合物（EMC）和一种具有特定结构的脂质分子，这些作者充分阐释了葡萄糖转运蛋白在生理环境中的折叠途径。通过生物信息学，他们还发现，这种膜蛋白的结构形成能力和它运输葡萄糖的能力在它的进化史上必须取得平衡。

尽管许多膜蛋白---包括葡萄糖转运蛋白---的结构已经通过结构生物学的最新进展（如低温电镜）被揭示出来，但是这些膜蛋白的结构形成的折叠途径仍然几乎完全未知。这些作者早在2019年就在Science期刊上报道了膜蛋白的折叠途径可以用磁镊子来揭示，这标志着世界上首次揭示膜蛋白的折叠途径（Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw8208）。

磁镊子可以用来对单个蛋白施加力量，从而完全展开该蛋白的结构。此外，如果随后降低施加的力量，就有可能观察到完全展开的蛋白重新折叠成原始形状的过程。

图片来自Nature Chemical Biology, 2022, doi:10.1038/s41589-022-01002-w。

顾名思义，葡萄糖转运蛋白是一组具有葡萄糖可以通过的通道的蛋白。葡萄糖转运通道在功能上是必不可少的，但这些通道也是形成膜蛋白三级结构的障碍。细胞有各种帮手来解决这些困难。在这项新的研究中，这些作者发现EMC---一种伴侣蛋白---以及具有独特结构的脂质分子共同作用，协助葡萄糖转运蛋白形成它的空间结构。

具体来说，这些作者证实了葡萄糖转运蛋白N端主要协同转运蛋白超家族（major facilitator superfamily, MFS）结构域相比于这种蛋白的C端MFS结构域，含有更稳定的结构形式。利用生物信息学，他们发现葡萄糖转运蛋白的这一特征在所有的后生动物糖转运蛋白中是保守的。通过这些观察，他们可以得出结论，细胞必须通过牺牲一些结构形成能力来达到结构平衡，从而通过产生具有高度功能的伴侣蛋白或结构独特的脂质分子来获得功能更优越的膜蛋白。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Hyun-Kyu Choi et al. Evolutionary balance between foldability and functionality of a glucose transporter. Nature Chemical Biology, 2022, doi:10.1038/s41589-022-01002-w.