细胞膜上信号转导蛋白可以帮助细胞实现胞内外信号转导（signaltransduction），实现调控细胞机体活动的目的，在细胞生长、增殖、代谢等众多生命过程中起着关键作用。与离子通道蛋白不同，信号转导蛋白并不直接传输信号分子，而是通过与胞外信号分子识别、发生跨膜构象变换、激活并引发胞内下游反应等系列过程完成信号跨膜转导。针对天然系统中信号转导受体蛋白构象复杂和存在丰度低的问题，人工信号转导体系的研究应运而生，它不仅有助于人们理解天然信号转导蛋白的工作机制，而且还有望替换或挽救自然界中受损的系统实现相关疾病的治疗，在药物输送、智能传感等生物医药领域具有重要潜在应用。
近日，我校化学与分子工程学院包春燕教授课题组利用折叠体的可控构象改变设计合成了一种新型人工跨膜信号转导受体分子，该受体分子在插入磷脂膜后可通过在膜一侧加入不同信号分子，实现可逆的折叠和解折叠的跨膜构象改变，进而调控膜另一侧催化水解反应的开启和关闭，实现可控跨膜信号转导。相关成果以“Folding and Unfolding of a Fully Synthetic Transmembrane Receptorfor ON/OFF Signal Transduction”为题，发表在Journal of the American Chemical Society（DOI：10.1021/jacs.3c07814）。
在研究中，该课题组创新性提出了一种基于折叠体构象改变的全合成人工信号转导分子，其工作机制与G蛋白偶联受体（GPCRs）跨膜信号转导的机制类似。所设计的受体分子拥有三个功能模块，包括具有脂膜锚定功能的胆酸头基、跨膜功能的螺旋折叠体和具有催化激活功能的尾基。亲脂的结构特征赋予人工受体分子高效的插膜能力，胆酸的锚定作用使得折叠的分子因长度不足限制其尾基进入脂质体内腔，进而不能引发腔内催化水解反应。加入信号Zn2+后，折叠体发生解折叠，延长的分子长度促使尾部进入内部空腔并执行催化任务，开启信号转导(“ON”状态)。进一步引入三(2-氨乙基)胺（TAEA）竞争Zn2+，可使受体分子恢复折叠态，从而关闭信号转导（“OFF”状态）。本工作借助简单的金属络合与解络合引发的折叠体构象改变，实现了可控的人工信号转导，为发展新型人工跨膜信号转导体系提供了新的分子范式。
研究工作由化学与分子工程学院博士生庞施浩在包春燕教授的指导下完成，理论计算模拟部分由吉林大学赵莉副教授所在团队完成。该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科技重大项目以及上海市细胞代谢光遗传学技术前沿科学研究基地等资金的支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07814
新闻来源：华理新闻网
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