水通道蛋白為細(xì)胞膜上特異的水分子通道，與人類健康和疾病密切相關(guān)。前人在水通道蛋白AqpZ四聚體的晶體結(jié)構(gòu)中，發(fā)現(xiàn)R189存在“朝上”和“朝下”兩種不同構(gòu)象，基于這一現(xiàn)象，他們猜測AqpZ的門控機(jī)制可能是R189通過側(cè)鏈上下擺動控制水道開關(guān)。然而，膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)對環(huán)境很敏感，在晶體環(huán)境中觀察到的R189不同構(gòu)象既可能是R189不同功能狀態(tài)，也可能是環(huán)境因素偏差。因此需要在更接近生理狀態(tài)的膜環(huán)境中對R189進(jìn)行探究。
固體NMR是在膜環(huán)境中研究膜蛋白的有力手段，我們課題組長期聚焦于生物大分子固體NMR研究，具有一定的技術(shù)積累。我們擬通過常規(guī)的2D 13C-15N相關(guān)譜，初步查看膜環(huán)境中R189側(cè)鏈的構(gòu)象。如果按照前人的設(shè)想（R189存在2種構(gòu)象），預(yù)計會觀察到2套譜峰。然而，采到的譜圖卻讓我們很驚訝：R189只有1套譜峰。在排除樣品，實驗，NMR分辨能力等問題后，我們大膽猜想，前人的結(jié)果可能存在偏差，R189可能只有一種構(gòu)象。我們接著通過距離約束、結(jié)構(gòu)、動力學(xué)以及水交換速率等證據(jù)，證明了我們的猜測。我們發(fā)現(xiàn)在AqpZ處于功能活性狀態(tài)下的膜環(huán)境中，R189側(cè)鏈朝上穩(wěn)定分布，處于永久“開放”狀態(tài)。這項工作提出了全新的水通道蛋白門控機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了研究環(huán)境對膜蛋白分子機(jī)制研究的重要性。
This work collected raw data of very good quality. The key result obtained by the authors is that the R189 side chain is immobile and in a different conformation compared to those seen in the Xray structure. They now suggest a permanently open channel. A very convincing argument from carefully collected data!
中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院
Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, CAS
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Gating Mechanism of Aquaporin Z in Synthetic Bilayers and Native Membranes Revealed by Solid-State NMR Spectroscopy
2018,?Vol.?140,?No.?25,?7885-7895
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03446
