ABC转运蛋白的结构与功能研究

ATP-binding cassette (ABC) transporters constitute a ubiquitous superfamily of integral membrane proteins that are responsible for the ATP-powered translocation of many substrates across membranes, ranging from ions to macromolecules. In this study, we have cloned and purified more than 20 ABC transporters such as ArtPQ, MdlB, ABCD3, NikM, OppA from prokaryotes or eukaryotes. We will focus on the crystal and cryo-electron microscopy structures of these ABC transporters, combined with functional studies, to better understand the mechanism underlying the translocation and substrate recognition. It is of great significance to the treatment of human diseases caused by ABC transporters.

ABC转运蛋白（ATP-binding cassette transporter）作为最大的跨膜转运蛋白超家族之一，广泛存在于所有真核和原核生物的生物膜上，可以利用水解ATP产生的能量，完成对小到离子大到蛋白的各种各样物质的转运。在本项目中，我们克隆与表达了ArtPQ、MdlB、ABCD3、NikM、OppA等20余种原核及真核来源的不同类别的ABC转运体蛋白，将重点围绕这些蛋白的三维晶体或电镜结构、底物识别结合方式及转运机理进行深入研究，以期望对ABC转运蛋白的转运与底物选择的分子机制有更为细致的了解，这对于深入理解这类蛋白的结构功能及相关疾病的治疗具有重要的意义。

呼吸作用是生物体最基本的生命活动之一。哺乳动物细胞的呼吸作用由位于线粒体内膜上的V个呼吸链蛋白超级复合物完成，这五种蛋白复合物分别为复合物I、复合物II、复合物III、复合物IV和复合物V(ATP合酶)。呼吸链蛋白超级复合物的主要功能是将NADH分子上所携带的高能电子通过其电子传递链传递到氧分子上，同时驱动基质中的质子转运到膜间隙中，为复合物V合成ATP提供能量。由于缺少相关蛋白的精细完整的结构信息，各呼吸链复合物之间是如何协同传递电子以及转运质子的机制并不十分透彻。.在低等生物中，多亚基的复合物I可被一类单一组分的II型复合物I NDH2所替代，研究组在PCCP、JMC等杂志连续报道了NDH2的详细电子传递机制。随着研究的进一步深入，又进一步在Cell、Science等杂志发表论文，揭示了人源线粒体呼吸链蛋白超级复合物的的完整结构、复合物III、复合物IV的详细的精细结构、ATP合酶四聚体的结构，为进一步理解哺乳动物呼吸链的组织形式、分子机理提供了重要的结构基础。 .低等生物线粒体呼吸链蛋白已经被证明是对抗病原微生物的药物靶点，高等生物如人类线粒体呼吸链结构异常会导致多种疾病，例如阿尔兹海默症、帕金森综合征等。线粒体呼吸链蛋白的结构生物学研究不仅有助于阐明复合物的电子传递机制以及跨膜质子泵的工作原理，也为深刻理解线粒体呼吸链突变所导致的疾病发生、发展及可能的治疗方案提供了坚实的基础。