解析电压敏感 K+通道 KvAP 共翻译膜插入机制：解锁膜蛋白生物合成新奥秘

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Cotranslational membrane insertion of the voltage-sensitive K+ channel KvAP

为探究电压敏感离子通道中带电荷的 S4 螺旋如何在核糖体释放后整合进入脂质双分子层，研究人员开展了 KvAP 电压敏感离子通道共翻译插入大肠杆菌内膜的研究。结果发现其插入分三步，明确了多因素影响。该研究有助于理解同类通道及膜蛋白生物合成原理。

　　膜蛋白的折叠依赖于其正确插入细胞膜。一些蛋白，比如电压敏感通道（voltage-sensitive channels），其跨膜结构域需要带有带电残基才能发挥功能。因此，在过去几十年里，电压敏感通道的生物发生一直是众多研究的焦点。本研究使人们能以前所未有的高分辨率，更好地理解电压敏感 K⁺通道 KvAP（KvAP voltage-sensitive K⁺ channel）的膜插入过程。研究发现，相邻螺旋的共插入起着重要作用，尤其是在需要容纳带电残基的情况下。研究结果对其他结构相似的电压敏感通道具有重要意义，也阐明了膜蛋白生物合成的一些通用原则。电压传感器结构域（Voltage-sensor domains，VSDs）存在于许多电压敏感离子通道和酶中，由四个跨膜螺旋（transmembrane helices，TMHs）组成，其中包括非典型且带大量正电荷的 S4 螺旋。VSDs 是在翻译过程中共翻译插入细胞膜的，这就引发了一个问题：高度带电的 S4 螺旋在离开核糖体时是如何整合进入脂质双分子层的。在本研究中，研究人员使用力谱分析（force profile analysis，FPA）技术，追踪了含有六个 TMH 的 KvAP 电压敏感离子通道（KvAP voltage-sensitive ion channel）共翻译插入大肠杆菌（Escherichia coli）内膜的过程。研究发现，插入过程分为三个半独立的步骤：i）S1-S2 螺旋发夹结构的插入；ii）S3-S5 螺旋的插入；iii）孔道（Pore）和 S6 螺旋的插入。研究分析强调了螺旋发夹结构协同插入的重要性、S4 中带正电残基的显著影响，以及两亲性螺旋和折返螺旋对下游 TMHs 产生的出乎意料的强大作用力和影响。