发展和应用电子顺磁共振方法开展膜蛋白动态特性和功能机制研究

With extensive functional studies of many physiologically essential membrane proteins and more structural determinations of membrane proteins in recent years, some new methods need be developed and applied for dynamic property studies of membrane proteins. Dynamic properties of membrane proteins will be helpful for understanding mechanisms between membrane protein functions and static structures. Electron paramagnetic resonance (EPR) method is broadly used to provide dynamic properties and distance information of biological macromolecules. However, there are no membrane protein EPR studies currently undergoing in our country. In this proposal, we will try to: (1) establish the membrane protein dynamic analysis, accessibilities studies, distance measurements using EPR methods; (2) optimize the lipodisc technique in membrane protein accessibilities studies; (3) develop and implement the distance measurement methods in physiological temperature; (4) apply the these methods for dynamic and functional mechanism studies of bacterial membrane protein GadC and an eukaryotic potassium channel. Eventually, we would not only establish the EPR methods for membrane protein dynamic studies, but also providing a bridge between membrane protein structure and functional studies, and illustrate physical and chemical mechanisms for functions of physiologically essential membrane proteins.

膜蛋白在磷脂环境下的动态特性分析新技术和方法的发展，将有助于进一步理解膜蛋白具体功能与静态结构之间的内在机制联系。电子顺磁共振(EPR)方法由于能提供生物大分子动态特性和距离信息而日益引起人们的关注，但是我国应用电子顺磁共振方法于膜蛋白动态特性和功能机制研究领域尚是空白。本项目将 (1) 首先建立应用于在细胞膜环境下的膜蛋白动态特性分析、可达性分析和距离测量基本实验方法；(2) 优化应用于膜蛋白EPR可达性分析的脂盘(lipodisq)技术；(3) 发展和实现常温条件下的蛋白质距离分析方法；(4) 在这些新的研究方法的基础上分别针对原核跨膜转运蛋白GadC和真核钾离子通道蛋白进行动态特性分析及功能机制研究。我们期待依托本项目实现膜蛋白EPR动态特性分析方法，并进一步建立连接膜蛋白结构分析和功能分析之间的桥梁，探索膜蛋白行使重要生理功能时的物理化学机制。

在本项目的支持下，按照项目研究计划，我们建立了应用于在细胞膜环境下的膜蛋白动态特性分析、可达性分析和距离测量基本实验方法；之后优化了应用于膜蛋白EPR可达性分析的脂盘(lipodisq)技术； 并且发展和实现常温条件下的蛋白质距离分析方法；最后在这些新的研究方法的基础上分别针对原核跨膜转运蛋白GadC和真核钾离子通道蛋白进行了动态特性分析及功能机制研究。本项目发展的这些方法将对于进一步分析膜蛋白具体功能与静态结构之间的内在机制联系具有非常重要的推动作用。依托本项目已经发表了3篇SCI论文，培养了4位博士研究生，1位硕士研究生。