了解单分子水平的转运蛋白的机制

就像小船可以帮助乘客穿越河流一样，运输者可以在细胞膜上移动物质。这个过程对于从细菌到人类的生命形式的细胞健康运作至关重要。这些转运蛋白的功能以前必须从成百上千个协同工作的行为中推断出来。今天发表在《自然》杂志上的新技术可以一次研究一种转运蛋白。

如果您仅考虑整个船队的综合统计数据，就想了解一艘特定船的位置，速度和乘客，那么这一强大的优势就会成为人们关注的焦点。

共同通讯的作者斯科特·布兰查德(Scott Blanchard)说：“通过观察单个分子的活性，我们已经阐明了转运蛋白活性的潜在机制的一部分，这可能被证明对该家族中许多临床相关蛋白的未来研究至关重要。” ，圣裘德结构生物学系成员。

技术开辟了新的可能性

这项研究依赖于一种称为单分子荧光共振能量转移或smFRET的技术。该方法使研究人员能够收集各个转运蛋白活动的精确测量值。这种前沿技术是研究作用机制以及与疾病有关的突变的强大工具。它在全球的少数实验室中都可以使用。

先前的单分子技术具有测量所谓“离子通道”的活性的能力，该活性使带电粒子能够快速穿过细胞膜。

这些单分子方法彻底改变了对通道的理解，但由于运输的物质种类繁多且运输速度相对较慢，因此不适用于运输者。新的smFRET方法对各种运输工具都更有用。

逐步运输

神经递质：钠共转运蛋白(NSS)是一类转运蛋白，最常见于大脑，能将分子移入或移出细胞。在人类中，神经递质5-羟色胺和去甲肾上腺素的NSS是几乎所有抗抑郁药的靶标。NSS中的多巴胺是苯丙胺和可卡因的主要靶标。了解此类蛋白质及其功能将为这些治疗和滥用药物的机理以及如何改善针对这些转运蛋白的疗法提供新颖的见解。

研究人员应用smFRET研究了NSS蛋白的细菌亲戚：MhsT转运蛋白，其将氨基酸转运通过细胞膜。该小组想了解运输过程中最慢的部分，称为限速步骤。研究人员惊讶地发现，对于不同的货物，MhsT运输机的限速步骤是不同的。

为了使分子穿过膜，转运蛋白会改变其形状，既吸收细胞外部的物质又释放细胞内部的物质。研究人员透露，周期最慢的部分是将形状变回外部的过程，当时运输者被认为是空了一些货物，但没有其他货物。

“由于不同的货物具有不同的缓慢步骤，因此发现表明'返回'步骤并不是空的，而是与转运蛋白上二级结合位点的其他证据相符，这对调节其活性至关重要，”共同对应说。作者是哥伦比亚大学和纽约州精神病学研究所的Jonathan Javitch博士。

更好地了解NSS蛋白质家族中第二个结合位点的功能相关性，对于研究靶向这些转运蛋白的药物的药理学和功效至关重要。

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