陈曦 通信员 赵习钧
人体细胞内钾、钠、氯的离子浓度掉衡，会致使高血压、抑郁、癫痫等一系列疾病。在细胞膜上，有一类被称为阳离子-氯离子共转运卵白的卵白质，它们就像是一个个门户，专门负责调控人体细胞表里的离子浓度。
持久以来，因为缺少切确的布局信息，人们对这类膜卵白的工作机理熟悉很是有限。日前天津年夜学生命科学学院青年教师刘斯与合作者初次解析出人源钾-氯共转运卵白（KCC1）的高分辩布局，提出了钾-氯共转运机理，为癫痫等相干疾病医治和药物设计供给了新的视角。刘斯以第一作者身份在顶级学术期刊《科学》上颁发了相干论文。
转运卵白突变能激发癫痫
癫痫俗称“羊角风”或“羊癫风”，是年夜脑神经元突发性异常放电，致使短暂的年夜脑功能障碍的一种慢性疾病。癫痫病因复杂多样，包罗遗传身分、脑部疾病、全身或系统性疾病等。此中遗传身分是致使癫痫特别是特发性癫痫的主要缘由。份子遗传学研究发现，一部门遗传性癫痫的份子机制为细胞离子通道或相干份子的布局或功能改变。
活体细胞不断地进行新陈代谢勾当，就必需不竭地与四周情况进行物资互换，而细胞膜上的离子通道或转运卵白等离子运输卵白就是这类物资互换的主要路子。人们已知道，年夜大都对生命具有主要意义的物资都是水溶性的，如各类离子、糖类等，它们需要进进细胞，而生命勾当中发生的水溶性废料也要分开细胞，这些进程都需要离子运输卵白。此中之一的转运卵白位于细胞膜上，可以或许介导水溶性小份子的跨膜运输。
“在神经胶质细胞和外周神经系统神经元中，阳离子-氯离子共转运卵白的感化尤其主要，它们扼守着细胞的门户，专门负责调控人体细胞表里的离子浓度，操纵细胞膜表里两侧的钾离子浓度梯度将细胞内的钾-氯共转运至细胞外，对保持细胞的电离均衡，保障生物细胞活性相当主要。”刘斯先容说，最近几年来的遗传和生化研究表白，在人类神经系统中，钾氯共转运卵白突变，会明显影响其向细胞外转运氯离子的活性，进而激发癫痫等疾病。
钾-氯共转运卵白这类主要的心理功能，也使它成为临床上医治癫痫等疾病的药物靶点。领会KCC1卵白的切确布局信息，将有助于基于该布局展开药物研发，从而为临床上医治相干疾病供给精准的数据撑持。
捕获“冰冻”卵白让其布局一目了然
要想解析KCC1的卵白切确布局，就要先“捕获”到这类卵白的“模样”。据领会，单颗粒冷冻电镜手艺是时下最早进的卵白布局解析手艺，其解析布局的方式是经由过程用电子显微镜对冷冻固定在玻璃态冰中的生物年夜份子进行成像，然后利用计较机对所摄取的生物年夜份子图象进行处置和计较，进而重构诞生物年夜份子的三维布局。刘斯诠释说，这一手艺利用的焦点操纵就是样品冷冻、冷冻成像和三维重构，简单来讲就是要对被不雅测的卵白溶液进行“速冻”，然后对冻结在溶液中的数以万计卵白进行“摄影”，再对海量的平面照片进行年夜范围运算处置，构成三维立体的密度图。
当好“摄影师”对科研职员来讲其实不轻松，KCC1的份子量很是小，而且胞内区布局域状况不固定。刘斯等人将表达KCC1卵白的基因包裹在杆状病毒中，用哺乳动物细胞过量表达。为了获得均一性杰出的KCC1，对往垢剂的种类也进行了挑选，终究获得到高纯度的人源KCC1卵白样品。
不但如斯，要想阐发出卵白的三维布局，需要包管被拍摄卵白可以或许具有正常卵白形态。“为了取得最接近心理状况下的KCC1卵白，我们将卵白构建到纳米盘（摹拟细胞膜的脂双份子层）上。”刘斯说，卵白溶液样品被滴进事前筹办好的“网”中，再将“网”放进液态乙烷中“速冻”。每一个网格里都堆积着数百个中空孔，卵白颗粒就被冻结在此中。
终究，刘斯与课题组依托单颗粒冷冻电镜手艺，成功解析出3小我源KCC1的原子分辩率布局，发现KCC1是以二聚体的情势存在，并阐释了该转运卵白以1∶1的比例同时、同向转运钾离子和氯离子的机理，提出了KCC1共转运钾离子和氯离子的模子。此项研究功效对研发以阳离子-氯离子共转运卵白为靶点的癫痫病医治药物，具有庞大的实际意义和利用价值。
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