Nature子刊：TMEM16F复杂结构动力学的新见解

TMEM16F是一种参与血液凝固和Covid-19发病机制等几个关键生物过程的膜蛋白，是SISSA的一组研究人员和前博士生与苏黎世大学和金泽大学纳米生命科学研究所等其他机构合作构思和领导的一项创新研究的重点。膜蛋白，包括TMEM16F，构成了一个特别复杂的研究领域。为了充分了解它们的结构和功能，有必要在它们的母语环境中进行研究。利用尖端技术，如单分子力谱(SMFS)和高速原子力显微镜(HS-AFM)，该团队揭示了对TMEM16F复杂结构动力学的新见解。这项研究的结果发表在《自然通讯》杂志上，为医学研究开辟了新的途径，并可能导致针对与膜蛋白功能相关的疾病的靶向治疗的发展。

　　

TMEM16F是一种参与血液凝固和Covid-19发病机制等几个关键生物过程的膜蛋白，是SISSA的一组研究人员和前博士生与苏黎世大学和金泽大学纳米生命科学研究所等其他机构合作构思和领导的一项创新研究的重点。膜蛋白，包括TMEM16F，构成了一个特别复杂的研究领域。为了充分了解它们的结构和功能，有必要在它们的母语环境中进行研究。利用单分子力谱(SMFS)和高速原子力显微镜(HS-AFM)等尖端技术，该团队揭示了对TMEM16F复杂结构动力学的新见解。这项研究的结果发表在《自然通讯》杂志上，为医学研究开辟了新的途径，并可能导致针对与膜蛋白功能相关的疾病的靶向治疗的发展。

膜蛋白，顾名思义，是在细胞膜上发现的蛋白质，在调节细胞功能中起关键作用，从营养物质运输到免疫防御。然而，在其原生环境中研究这些生物结构是一项复杂的挑战。2022年，SISSA的一组研究人员通过引入一种利用人工智能和原子力显微镜的创新方法克服了这一困难。这种新方法可以在不需要分离的情况下研究膜蛋白在生理条件下的性质和机械稳定性。

Vincent, Zhongjie, Arin和我几年前就有了用原子力显微镜研究细胞膜蛋白的想法，这是一个几乎不可能的挑战。经过多年的精心设计和解决问题，我们成功地开发了一种技术(Galvanetto et al.， eLife(2022))，似乎可以解决这个问题。由于这项创新技术，我们能够成功地研究TMEM16F蛋白的结构。“我们的开创性工作现在正在产生切实的成果，这篇发表在《自然通讯》上的文章就是一个例子，”前SISSA博士生、苏黎世大学现任研究员尼古拉·加瓦内托解释说。“我们的研究揭示的结构异质性是著名的AlphaFold程序没有预测到的。”这种异质性很可能存在于几乎所有蛋白质的结构中，尽管形式不同。尽管AlphaFold很有用，但有必要通过其他技术来验证它的结果，比如我们研究中使用的技术。”

TMEM16F在细胞中起着两个关键作用:一方面，它作为钙活化离子通道，当细胞检测到钙的存在时，允许离子选择性地通过细胞膜;另一方面，它作为一种脂质合成酶，促进脂质在细胞膜之间的运动。这种动态运动调节基本的生物功能，包括血液凝固、骨骼发育和病毒进入。为了在分子水平上研究TMEM16F在生理环境中的行为，主要由前SISSA研究人员组成的研究团队采用了先进的方法，如单分子力谱(SMFS)和高速原子力显微镜(HS-AFM)。这些技术为蛋白质的结构、动力学和机械性能提供了重要的见解，挑战了以前认为TMEM16F只是一个简单的“门”的想法。该研究表明，TMEM16F表现出广泛的以前被忽视的结构构象。进一步的研究揭示了TMEM16F结构组织的意外变化，表明其功能比先前假设的更动态和灵活。这些结构上的变化是TMEM16F执行其任务的基础，例如混合脂质和跨细胞膜移动离子，并突出了动态元素在理解生物现象中的重要性。事实上，正如亚里士多德所指出的，“运动就是生命，生命就是运动。”此外，研究人员还发现，当与钙结合时，这种蛋白质在特定区域会发生显著变化，为离子和脂肪的通过打开了一扇“大门”。

这篇论文深化了之前的研究，强调了在类似天然环境中探测膜蛋白的重要性，并拓宽了对TMEM16F结构特性的理解。了解这些结构特征可以为在各种疾病和生理条件下调节TMEM16F活性的靶向治疗和干预铺平道路。