整合蛋白的晶体结构解出

　　

对于晶体结构研究者而言，一些较难进行研究的蛋白质是那些细胞膜上的蛋白质。通常这种蛋白都较大且不可溶，因此膜蛋白很难结晶。既是可以进行结晶的情况，研究者也可能面临所进行的操作扭曲了结构因而不能反映出天然分子的危险。

现在由哈佛麻省总医院的结构生物学家组成的一个研究组克服了这些障碍，获得了目前最重要的膜蛋白的结构。在本周发表在Science网上版（http://www.sciencexpress.org/）的工作中，M. Amin Arnaout和同事们首次解析出了众多整合蛋白中的一种的晶体结构。

细胞膜上的这些重要蛋白控制着许多细胞活动，包括扩增和迁移。比如Arnaout领导的研究组研究的整合蛋白，命名为αVβ3，被认为在肿瘤的生长，骨骼的维护，以及炎症反应中发挥重要作用。此外，一些病毒，包括HIV和口蹄疫病毒，都是使用整合蛋白作为进入感染细胞的港口的。

既然这些膜蛋白具有它们特定的结构，研究者应该对整合蛋白如何参与这些活动有个更好的了解，而且这种了解可能会促进抗这些疾病的新药物的设计。

象所有整合蛋白一样，αVβ3包括由两个不同基因编码的两个不同的亚单位。αVβ3含有大约2000个氨基酸，而且柔性高——这一点对于制造X光衍射所需的高度有序的晶体是个缺点。事实上，Arnaout不得不说服当时麻省总医院的博后Jian-Ping Xiong参与到这项研究中来。当时Xiong担心自己宝贵的时间会被浪费在这项他当时认为没有希望的任务上。

德国Merck KGaA公司的研究者们为Arnaout的研究组提供了结晶所需的纯化蛋白，但是他们不愿意为该项目提供资金，因为它看起来不大可能会成功。

尽管充满着怀疑和困惑，全世界的科学家们多年来一直热心地致力于αVβ3结构的研究，而对于他们的研究都一直守口如瓶生怕激起激烈的竞争。去年二月，参加在加州Ventura召开的一个整合蛋白大会的大部分科学家一致认为完成整合蛋白晶体结构的解析将需要数年的时间。那时，Arnaout并没有透露出丝毫反对的意思。

为了使整合蛋白可溶，这是结晶的先决条件，Merck KGaA公司的科学家们截去了蛋白的一个小部分。这个部分是蛋白用来锚定在细胞膜上，并进行信号进出细胞的传递部分。Merck的科学家们提供了足够的蛋白之后，Arnaout的研究组花了3年多的时间摸索制造用于研究的结晶的条件。他们在Argonne国家实验室进行了X光衍射分析，揭示出部分与预测相符的结构，其中含有不少惊人的结果。

这个整合蛋白含有12个不同的区域，或者说“结构域”，四个位于α蛋白亚基，八个位于β蛋白亚基中。它们排列组合形成一个卵型头部和两个尾部。

Arnaout的研究组和其他研究组，包括哈佛的病理学家Timothy Springer领导的研究组，以前进行的工作已经表明这些结构域中的某些可能存在。Springer在几年前预测说蛋白的部分可能构成一个螺旋推进器的形状，目前证明了他的推测是正确的。尽管如此，新的研究还是发现了一对从未预测到的结构域。

一个结合了已知结构部分和一个附着在一个尾部末端的结构域的杂合结构域，折叠形成一种新型模式。但是也许最大的惊讶来自于发现了两个紧密折叠的尾部，以前的电子显微成像的结果显示它们是从头部僵硬地伸展出去的。研究者们目前还不知道是否这种折叠是天然发生的，还是人工结晶过程中造成的。

尽管最令人感兴趣的是蛋白的结构可能帮助细胞生物学家们了解整合蛋白是如何进行信号传递的。然而虽然Mass General的研究者们认为他们是在蛋白自身结构的基础上获得了结晶，但是却不能回答其与非活性形式有何不同，也不能回答该蛋白可能如何将信号传递给其连接的细胞的。

同时各制药公司希望能利用αVβ3的结构信息来指导以该蛋白为靶的新药物的开发。比如，阻断该蛋白的化合物可能抑制艾滋病毒进入细胞，或防止肿瘤生长中为了形成新的血管所需的细胞迁移。

事实上，研究者们说αVβ3结构肯定将在整合蛋白研究领域注入新的能量。加州La Jolla的Burnham研究所的细胞生物学家Jeffrey W. Smith说：“从很多方面来说，这仅仅是一个起点。”但是他补充说：“它改变了我们所能进行的研究的水平。”

——摘译自Science Volume 293, Number 5536, Issue of 7 Sep 2001, pp. 1743-1746.