人民網(wǎng)北京8月28日電 （記者趙竹青）記者近日從中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心獲悉，研究員姜道華團隊利用冷凍電鏡單顆粒技術(shù)和磷酸根外排功能體系，深入分析了一種可以幫助人體排出磷酸鹽的蛋白——XPR1的結(jié)構(gòu)和功能，闡明了該蛋白轉(zhuǎn)運和調(diào)控磷酸鹽的機制。該研究有助于推進人體磷酸根穩(wěn)態(tài)的相關(guān)研究，相關(guān)成果發(fā)表于《自然》。
磷是人體含量第六多的常量元素，每個成年人大約含有1公斤的磷。由于含有大量磷元素，尸體降解過程中產(chǎn)生的磷化氫在某些條件下會自燃，發(fā)出熒熒“磷火”，在古代被迷信地稱為“鬼火”。現(xiàn)代研究表明，磷幾乎參與生命體所有的生理進程，例如，磷酸鹽是骨骼和牙齒的主要成分；磷形成核酸的骨架，參與酸堿平衡；蛋白質(zhì)也通過磷酸化或去磷酸化作為信號調(diào)節(jié)細胞代謝。
盡管磷酸鹽在人體中如此重要，但磷酸鹽的過多積累會引發(fā)心血管、腫瘤發(fā)生、抑郁和神經(jīng)元疾病等。因此，將多余的磷酸鹽排出細胞外也尤為重要，而XPR1是哺乳動物中目前已知唯一的磷酸鹽外排蛋白。不過，XPR1如何在細胞上力挽狂瀾，救磷失衡細胞于“水火之中”，一直是未解之謎。
在姜道華團隊的研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，XPR1的結(jié)構(gòu)類似于轉(zhuǎn)運蛋白，但是顯著不同于絕大多數(shù)轉(zhuǎn)運蛋白采用的交替開放的轉(zhuǎn)運機制，XPR1在外排磷酸根的過程中，采取了一種新穎的、類似于通道的門控機制。
“XPR1是一種反轉(zhuǎn)錄病毒的細胞表面受體，擁有一個普遍存在于動物、植物和微生物中的SPX結(jié)構(gòu)域，SPX結(jié)構(gòu)域可以及時感受細胞內(nèi)因磷酸鹽過量而發(fā)出‘求救信號’。”姜道華說。
該研究首次闡明了SPX結(jié)構(gòu)域通過結(jié)合多磷酸肌醇調(diào)節(jié)XPR1的通量，提出多磷酸肌醇感知和磷酸鹽輸出之間的耦合機制。
“XPR1蛋白非常‘聰明’，為了避免過多磷酸根離子的外排導(dǎo)致營養(yǎng)流失，XPR1利用自己末端一段柔性絡(luò)環(huán)，控制通道開口的大小，而SPX結(jié)構(gòu)域可以通過感受細胞內(nèi)磷酸肌醇的濃度來調(diào)控XPR1外排磷酸根離子的通量。”姜道華說。
與此同時，研究團隊表示，盡管已經(jīng)取得了階段性進展，但“XPR1作為病毒受體是如何介導(dǎo)病毒入侵細胞的”等關(guān)鍵問題仍然需要進一步研究探索。