《德國應(yīng)用化學(xué)》在線報道我校“光驅(qū)動分子馬達離子跨膜運輸”最新進展
細(xì)胞膜上離子的轉(zhuǎn)運與許多生命活動息息相關(guān)，鉀離子的轉(zhuǎn)運在調(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)動分子馬達模擬天然轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，實現(xiàn)了高效、光可控、鉀離子選擇性的跨膜運輸，并實現(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器轉(zhuǎn)運物質(zhì)的啟發(fā)，在該項研究中，作者創(chuàng)新性地提出一種以光驅(qū)動的馬達為核心結(jié)構(gòu)的人工離子轉(zhuǎn)運體結(jié)構(gòu)，通過識別基團的接力傳遞和光驅(qū)動馬達的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)K+的高效跨膜傳輸。研究表明整個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，馬達在磷脂膜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動可提供額外的能量，加速離子的跨膜轉(zhuǎn)運。結(jié)合分子動力學(xué)理論計算，可以推測馬達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現(xiàn)離子的跨膜傳輸。細(xì)胞實驗證明，所設(shè)計的馬達分子能有效作用于癌細(xì)胞膜，通過光驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)促進胞內(nèi)鉀離子外流，從而引發(fā)caspase依賴的癌細(xì)胞凋亡。該工作為推進人工離子傳輸體系實現(xiàn)癌癥和人類其它疾病的治療提供新的契機。
論文由華東理工大學(xué)費林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心博士楊會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，其中大量的理論計算部分由練成副教授所在團隊完成，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、上海市科技重大項目以及“111”引智計劃等資金的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202204605
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