《德國應(yīng)用化學(xué)》在線報(bào)道我校“光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)離子跨膜運(yùn)輸”最新進(jìn)展
細(xì)胞膜上離子的轉(zhuǎn)運(yùn)與許多生命活動(dòng)息息相關(guān)，鉀離子的轉(zhuǎn)運(yùn)在調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放、胰島素分泌、平滑肌收縮、細(xì)胞增殖和凋亡等方面發(fā)揮重要作用。例如，癌細(xì)胞內(nèi)鉀離子的外流是癌細(xì)胞發(fā)生凋亡的特征之一。因此，高效的鉀離子人工離子傳輸體系有望用作藥物實(shí)現(xiàn)癌癥治療的應(yīng)用。
近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院包春燕教授和曲大輝教授合作，利用光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)模擬天然轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)了高效、光可控、鉀離子選擇性的跨膜運(yùn)輸，并實(shí)現(xiàn)了癌細(xì)胞選擇性，能通過促使癌細(xì)胞內(nèi)的K+快速外流，引發(fā)caspase依賴的細(xì)胞凋亡。相關(guān)成果以“A Light-Driven Molecular Machine Controls K+?Channel Transport and Induces Cancer Cell Apoptosis”為題，發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI：10.1002/anie.202204605）上。
受自然界利用生物分子機(jī)器轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的啟發(fā)，在該項(xiàng)研究中，作者創(chuàng)新性地提出一種以光驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)為核心結(jié)構(gòu)的人工離子轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)構(gòu)，通過識(shí)別基團(tuán)的接力傳遞和光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)K+的高效跨膜傳輸。研究表明整個(gè)分子可以垂直插入并橫跨脂質(zhì)膜形成穩(wěn)定的K+通道，在紫外光照射下，馬達(dá)在磷脂膜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可提供額外的能量，加速離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算，可以推測馬達(dá)分子通過膜外離子抓捕、游入磷脂膜、接力傳輸和游出釋放離子的一系列過程實(shí)現(xiàn)離子的跨膜傳輸。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)的馬達(dá)分子能有效作用于癌細(xì)胞膜，通過光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)促進(jìn)胞內(nèi)鉀離子外流，從而引發(fā)caspase依賴的癌細(xì)胞凋亡。該工作為推進(jìn)人工離子傳輸體系實(shí)現(xiàn)癌癥和人類其它疾病的治療提供新的契機(jī)。
論文由華東理工大學(xué)費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心博士楊會(huì)婷和碩士易瑾昊在包春燕教授，曲大輝教授共同指導(dǎo)下完成，其中大量的理論計(jì)算部分由練成副教授所在團(tuán)隊(duì)完成，并獲得了田禾院士、朱麟勇教授和楊弋教授的大力支持和悉心指導(dǎo)。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科技重大項(xiàng)目以及“111”引智計(jì)劃等資金的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202204605
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