科大团队开发全新膜蛋白提取方法 拓展生物学研究范围

膜蛋白在多种生物过程中发挥关键作用，同时也是重要的药物靶点。过去几十年来，科学家一直依赖去垢剂从细胞膜中提取膜蛋白以进行结构研究。尽管这些传统方法显著推动了人们对膜蛋白结构的理解，但也存在一些限制，例如去垢剂筛选过程消耗资源以及缺乏天然膜脂环境，这可能阻碍了对脂质介导膜蛋白调控机制的深入研究。为此，由香港科技大学（科大）生命科学部党尚宇教授领导的研究团队开发了一种基于囊泡的新方法，能够保留天然脂质环境，促进后续的结构和功能研究。

经过四年的系统研究，党教授团队的新方法避免了使用去垢剂进行纯化，而是直接从细胞膜中生成含有目标蛋白的囊泡，供后续的冷冻电镜成像和结构研究。团队建立了一套完整的工作流程，用於囊泡样品的制备、纯化和质量控制，使这种方法可应用於多种膜系统。为应对由天然膜结构引起的强背景信号和干扰，他们开发出一种基于电镜图像的筛选方法，并结合人工智能模型，专门分离高质量的膜蛋白粒子。研究团队成功将这种方法应用於多个膜蛋白系统，解析了在大肠杆菌细胞膜中过度表达的AcrB蛋白3.9 Å分辨率结构，以及在猪心线粒体内膜中解析的天然呼吸链复合物III的3.0 Å分辨率的结构。

该研究的第一作者、博士候选人刘航表示：「凭借党教授的跨领域研究策略，团队成功建立了一個涵盖样品制备和数据处理的综合系统，用於膜蛋白的原位结构研究，並解决了不少以往未能克服的挑战。」

与传统基于去垢剂的方法相比，这种新方法不仅成本更低、操作更简单，使用也更便捷，最重要的突破是它保留了天然膜环境和关键脂质分子，最大限度地维持了膜蛋白的天然构象。这种新方法也表现出良好的通用性，可以应用於不同物种和细胞膜结构的各种膜蛋白，有望显著减轻研究人员的工作量，降低膜蛋白结构解析的难度，並拓宽冷冻电镜结构生物学的研究范围。

党教授解释道：「基于囊泡的平台在保留生理脂质环境的同时，亦消除了去垢剂筛选的负担，为在天然环境中研究膜蛋白提供了机会。通过进一步优化，我们或许能够实现特定生物膜系统（如线粒体）在不同生理和病理条件下的膜蛋白结构组学研究，为疾病研究提供宝贵见解。」

该研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。党尚宇教授为通讯作者，博士候选人刘航为第一作者，本科生谢俊望为第二作者。