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MP20 作为人眼晶状体中第二丰富的膜蛋白，其结构和功能长期未知。研究人员通过表达、纯化 MP20 并结合 MicroED 技术展开研究，确定其结构，发现它在体内形成晶状体薄连接，对维持晶状体光学透明性至关重要，为白内障研究提供新方向。
眼睛是心灵的窗户，晶状体则是这扇窗户中不可或缺的 “精密镜头”，它的正常运作对清晰视力至关重要。在晶状体中，MP20（membrane protein 20，晶状体纤维膜内在蛋白 MP20）作为第二丰富的膜蛋白，却长期笼罩在神秘之中。尽管多年来科研人员不懈探索，但 MP20 的结构和功能依旧成谜。已知 MP20 属于 PMP22/EMP/MP20 亚家族，与形成紧密连接的 claudin 家族有一定关联，且其基因突变与白内障相关 ，然而这些联系背后的具体机制却无从得知。此前多种结构生物学方法，如单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）、X 射线晶体学等，都在 MP20 的结构解析上折戟沉沙，使得 MP20 的研究陷入僵局。为了打破这一困境，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校、新西兰奥克兰大学等机构的研究人员开启了一场探索之旅，他们的研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员为了深入了解 MP20，采用了一系列先进技术。在样本处理方面，利用昆虫细胞（sf9）和 Expi293 细胞表达并纯化 MP20；在结构解析上，借助脂质立方相（LCP）结晶技术结合冷冻聚焦离子束（cryo-pFIB）铣削和 MicroED（微晶电子衍射）技术，最终成功解析 MP20 的结构。
研究结果如下：
- MP20 的表达、纯化与结晶：研究人员在 sf9 昆虫细胞中表达人 MP20，经固定化金属亲和层析（IMAC）纯化。FPLC 分析显示其以寡聚体形式存在，推测为 8×MP20 单体。纯化后的蛋白经荧光标记，与脂质混合在 LCP 中结晶，获得微小晶体，为后续结构解析奠定基础。
- MP20 的结构特征：通过 MicroED 技术，研究人员获得了分辨率为 3.5 ? 的 MP20 结构。MP20 由四个跨膜 α - 螺旋组成，形成紧密的螺旋束。其拓扑结构包含两个细胞外环（ECL1、ECL2）和一个细胞内环（ICL），N 端和 C 端均位于细胞内。该结构与以往认为 MP20 可能形成通道的观点相悖，空间填充模型显示其单体不存在明显的通道或路径。
- MP20 形成黏附连接：观察发现，MP20 四聚体之间通过细胞外环以头对头的方式相互作用，形成黏附连接。这种连接主要由静电作用介导，多个带电和羟基化残基参与其中，连接厚度约为 11nm，与晶状体 “薄” 连接的特征相符。
- MP20 在体内的定位与功能：利用优化的固定和切片方案，研究人员对人晶状体进行免疫荧光标记。结果显示，在晶状体发育过程中，MP20 的定位发生变化，从分化纤维细胞的细胞质逐渐转移到成熟纤维细胞的质膜上。同时，MP20 插入质膜与细胞外空间的限制相关，阻碍了细胞外示踪剂的扩散，表明其在体内形成黏附连接，限制细胞外空间。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次通过实验解析了 MP20 的结构，证实其在脂质膜中可形成细胞间黏附连接，这一发现意义重大。从基础研究角度，MP20 结构的确定为理解其所属蛋白家族的功能提供了重要依据；在应用层面，由于 MP20 突变与先天性白内障相关，明确其结构有助于深入研究这些突变如何影响晶状体发育和透明度，为白内障的发病机制研究和治疗策略开发开辟新途径。此外，该研究还强调了实验结构测定的重要性，尽管 AlphaFold 等预测方法取得了一定进展，但在面对新型蛋白组装时仍存在局限性，而 MicroED 等实验技术在揭示这类蛋白的生物学奥秘中发挥着关键作用 。此次研究成果不仅加深了人们对晶状体结构和功能的理解，更为未来眼部疾病的研究和治疗提供了宝贵的线索和方向，有望推动眼科医学领域的进一步发展。
