科大團隊開發嶄新膜蛋白提取方法 拓寬生物學研究範圍

膜蛋白在許多生物過程中發揮着關鍵作用，同時也是重要的藥物靶點。過去數十年來，科學家一直依賴去垢劑從細胞膜中提取膜蛋白以進行結構研究。儘管這些既有方法顯著推動了人們對膜蛋白結構的理解，但也存在一些限制，例如去垢劑篩選過程消耗資源以及缺乏天然膜脂環境，這可能阻礙了對脂質介導膜蛋白調控機制的深入研究。為此，由香港科技大學（科大）生命科學部黨尚宇教授領導的研究團隊就開發了一種基於囊泡的新方法，能夠保留天然脂質環境，促進後續的結構和功能研究。

經過四年的系統研究，黨教授團隊的新方法避免了使用去垢劑進行純化，而是直接從細胞膜中生成含有目標蛋白的囊泡，供後續的冷凍電鏡成像和結構研究。團隊建立了一套完整的工作流程，用於囊泡樣品的製備、純化和質量控制，使這種方法可適用於多種膜系統。為了應對由天然膜結構引起的強背景信號和干擾，他們開發出一種基於電鏡圖片的分選方法，並結合人工智慧模型，專門分離高質量的膜蛋白粒子。研究團隊成功將這種方法應用於多個膜蛋白系統，解析了在大腸桿菌細胞膜中過度表達的AcrB蛋白3.9 Å分辨率結構，以及在豬心線粒體內膜中解析的天然呼吸鏈複合物III的3.0 Å分辨率的結構。

該研究的第一作者、博士候選人劉航表示：「憑藉黨教授的跨領域研究策略，團隊成功建立了一個涵蓋樣品製備和數據處理的綜合系統，用於膜蛋白的原位結構研究，並解決了不少以往未能克服的挑戰。」

與傳統基於去垢劑的方法相比，這種新方法不僅成本更低、操作更簡單，使用也更便捷，最重要的突破是它保留了天然膜環境和關鍵脂質分子，最大限度地維持了膜蛋白的天然構象。這種新方法也表現出良好的通用性，可以適用於不同物種和細胞膜結構的各種膜蛋白，有望顯著減輕研究人員的工作量，降低膜蛋白結構解析的難度，並拓寬冷凍電鏡結構生物學的研究範圍。

黨教授解釋道：「基於囊泡的平台在保留生理脂質環境的同時，亦消除了去垢劑篩選的負擔，為在天然環境中研究膜蛋白提供了機會。透過進一步優化，我們或許能夠實現特定生物膜系統（如線粒體）在不同生理和病理條件下的膜蛋白結構組學研究，為疾病研究提供寶貴見解。」

該研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。黨尚宇教授為通訊作者，博士候選人劉航為第一作者，本科生謝雋望為第二作者。