溶质转运体蛋白Slc11相关肽的嵌膜结构及与金属离子的相互作用

溶质转运体蛋白Slc11（又称天然抗性相关巨噬细胞蛋白Nramp）定义了一个高度保守的膜蛋白家族，广泛存在于脊椎动物、昆虫、植物、酵母及细菌中，具有传输二价金属离子的功能，是研究与金属离子代谢相关的各种人类疾病的靶蛋白。通过该膜蛋白中某些天然发生的突变和一些定点突变所引起的功能变化的分析发现一些关键的残基和跨膜区对二价金属离子的传输非常重要。由于整体膜蛋白的结构确定目前还是膜传输体研究中的瓶颈，所以本课题采用各种谱学方法分别研究Slc11中对功能起重要作用的跨膜区域和膜外环链区肽段在膜模拟环境中的结构、定位、与膜的相互作用、与金属离子的结合、某些关键残基的突变所产生的影响等。为进一步了解Slc11整体膜蛋白的结构和功能的关系提供信息。

溶质转运体蛋白(Slc11)定义了一个高度保守的膜蛋白家族，具有传输二价金属离子的功能，是研究与金属离子代谢相关的各种人类疾病的靶蛋白。但到目前为止，Slc11的结构和其传输二价金属离子的机理还不清楚。Slc11a1和Slc11a2是Slc11家族成员，它们都包含12个跨膜区，其中前10个跨膜区（TMD1-10）构成功能核心区，根据结构预测TMD1-5和TMD6-10可能形成相对膜的法向对称的但取向相反的排布。本课题利用核磁共振、圆二色、荧光、红外等各种谱学方法研究了Slc11a1的第一至第五跨膜区和Slc11a2的第一和第六跨膜区相关肽在各种膜模拟环境中的结构、定位、与膜的相互作用、Slc11a2第一跨膜区相关肽与金属离子的相互作用以及一些关键残基的突变对这些性质的影响。结果表明Slc11a2的TMD1和TMD6在膜模拟环境中以alpha螺旋-柔性肽链-alpha螺旋的结构形式存在，该结构是离子传输体中传输通道的特征结构。TMD1的中间灵活区和C端带负电荷的残基参与蛋白与二价金属离子的结合。TMD6中的组氨酸His267对该跨膜肽的结构和膜中定位非常重要。Slc11a1的TMD2-5形成alpha螺旋主导的结构，并有很强的聚集倾向，在磷脂膜中所有alpha螺旋的主轴都近似沿膜的法向取向，只是不同跨膜肽的倾斜角有所不同，而TMD1则部分插入膜内，部分位于膜表面附近。不同头基性质和疏水链长度的磷脂膜对跨膜肽的结构和聚集倾向均有影响。我们的研究为揭示Slc11蛋白家族的功能机理提供了结构方面的信息。