eLife：新方法揭示了螺旋膜蛋白的折叠速度极限

韩国蔚山国家科学技术研究所(UNIST)推出了一项突破性的研究，揭示了螺旋膜蛋白的折叠动力学。

　　

膜蛋白在各种细胞功能中起着关键作用，是药物干预的关键靶点。事实上，目前市场上大约60%的药物都是针对这些特定蛋白质的。为了开发与膜蛋白相互作用的有效药物，必须了解膜蛋白的结构和折叠过程的基本原理。

认识到这一迫切需求，Duyoung Min教授和他在UNIST化学系的研究团队开始了一项开创性的研究，以揭示螺旋膜蛋白的折叠动力学。通过开发一种强大的单分子镊子方法，使用二苯并环环加成和traptavidin结合，该团队成功地估计了这些蛋白质的折叠“速度极限”。这些发现对结构状态、动力学和能量势垒特性提供了有价值的见解，对推进我们对这一领域的理解至关重要。

单分子镊子，包括磁性镊子，已经成为研究受力作用下单个膜蛋白纳米级结构变化的有力工具。然而，先前的研究受到弱分子链的限制，由于力引起的键断裂，阻碍了对重复分子转移的长期观察。克服这一挑战对于获得结构状态和动力学的可靠表征至关重要。

在他们的研究中，发表在2023年5月的《eLife》杂志上，闵教授和他的研究团队介绍了一种创新的单分子镊子方法，与传统的连接系统相比，它具有卓越的稳定性。这种新方法的寿命比现有方法长100倍以上，在高达50 pn的力下可存活12小时，并允许大约1000次拉力循环实验。

利用这种先进的技术，研究小组在12 pN的恒定力下连续9小时观察了设计单链跨膜二聚体内的许多结构转变。这些观察为其折叠途径提供了前所未有的见解，并揭示了先前隐藏的与螺旋线圈转换相关的动力学。

为了准确表征这些转变过程中的能量势垒高度和折叠时间，研究人员采用了一种与模型无关的反褶积方法，并结合了隐马尔可夫建模分析。使用Kramers速率框架获得的结果揭示了脂质双层中螺旋发夹形成的非常低的速度限制为21毫秒，与可溶蛋白折叠的典型微秒尺度形成对比。这种差异可归因于脂质膜的高粘性，这阻碍了螺旋-螺旋相互作用。

这些发现为理解与膜蛋白折叠相关的动力学和自由能提供了更有效的指导，这是针对膜蛋白的药物开发的关键因素。由于市场上大约60%的药物集中在这些蛋白质上，这项研究为加强药物研究和设计开辟了新的途径。