揭秘一种细胞代谢的“弹簧”

这项研究通过多学科方法揭示了LAT氨基酸转运蛋白中赖氨酸的关键作用，为理解其在细胞代谢和疾病中的功能提供了重要线索。赖氨酸在调节转运蛋白内门的开合中类似于弹簧的作用，这一发现不仅增进了我们对氨基酸转运机制的认识，还为开发针对代谢紊乱和罕见疾病的治疗策略提供了新的靶点。研究的成功也展示了冷冻电镜和单分子技术在生物医学研究中的强大潜力。

　　

LAT氨基酸转运蛋白是细胞代谢中的关键蛋白，它们参与多种罕见疾病和代谢紊乱。一项由Dr. Joana Fort和Prof. Manuel Palacín发表在《PNAS Nexus》杂志上的研究，与慕尼黑大学（LMU）Thorben Cordes教授团队合作，并得到了Modesto Orozco教授（IRB巴塞罗那）和Dr. Óscar Llorca（CNIO）团队的参与，揭示了这些氨基酸转运蛋白的工作机制。

值得注意的是，研究发现位于蛋白质特定区域（跨膜螺旋5）的一种名为赖氨酸的氨基酸，像弹簧一样调节这些转运蛋白内门的开合。这种机制确保了氨基酸穿过细胞膜的精确控制，类似于建筑主入口的弹簧确保门的正常开合。

通过结合冷冻电镜（cryo-EM）、单分子Förster共振能量转移（smFRET）和分子动力学模拟的多学科方法，研究团队对BasC转运蛋白跨膜螺旋5中保守的赖氨酸的关键相互作用进行了表征。他们观察到，这种赖氨酸稳定了蛋白质进行氨基酸交换所需的构象变化，而这一过程对许多细胞功能至关重要。

“借助尖端实验技术的结合，我们能够‘观察’并精确量化这些分子运动。”IRB巴塞罗那和CIBERER的研究人员、论文的共同第一作者和共同通讯作者Dr. Joana Fort说。这项研究是与IRB巴塞罗那、LMU和CNIO的Adrià Nicolàs博士及其他科学家共同开展的，他们的努力对于揭示赖氨酸在调节LAT转运蛋白内门中的作用至关重要。

“我们的研究结果表明，赖氨酸残基在调节这些转运蛋白的内门中起着关键作用，并为深入了解其氨基酸转运功能及其与多种病理学的联系铺平了道路。”IRB巴塞罗那氨基酸转运蛋白与疾病实验室负责人、巴塞罗那大学生物化学与分子生物医学系教授、CIBERER团队负责人Prof. Manuel Palacín解释道。“值得注意的是，这种赖氨酸在患有赖氨酸尿性蛋白不耐受症（LPI）的人类患者中的y+LAT1转运蛋白中发生了突变，从而突显了其在这些转运蛋白功能中的关键作用。”

该研究的发现为开发调节氨基酸转运蛋白活性的潜在治疗策略提供了新的见解，可能应用于代谢紊乱、罕见疾病和癌症等疾病。