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興大解析細菌鉀離子通道蛋白結構 人類神經性疾病治療 出現可能新方向

大成報/ 2024.06.12 23:25
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【大成報記者吳非羽/臺中報導】鉀離子是細菌用來應對環境中滲透壓變化的關鍵電解質。細菌透過控制鉀離子通道蛋白的開啟和關閉,調節細胞內的鉀離子濃度,從而適應不同的滲透壓環境;因此,了解這些通道蛋白的分子結構,對研究細菌的生存機制非常重要。國立中興大學生物化學研究所副教授胡念仁及其團隊,與中央研究院院士蔡明道合作,使用最新的冷凍電子顯微鏡技術(Cryo-EM),成功解析細菌鉀離子通道蛋白KtrAB、在開啟和關閉狀態時的高解析度結構,有助提供人類神經性疾病的治療新方向。研究結果今(2024)年5月發表在國際知名的《自然通訊》(Nature Communications)期刊。


興大12日指出,這項研究解析出枯草桿菌KtrAB通道蛋白結合ATP或是ADP的兩種分子結構,清楚揭示KtrAB如何被三磷酸腺苷(ATP)激活而開啟;又如何被雙磷酸腺苷(ADP)抑制而關閉的分子機制。更重要的是,該研究還清楚的解析出鈉離子在ATP-KtrAB蛋白的結合位置,並證實鈉離子會與ATP一起協助KtrAB通道的開啟。


而鈉離子活化鉀離子通道、有其重要的生理意義;因為細菌細胞內過高的鈉離子濃度對細胞有毒性,需要鉀離子進入細胞減輕毒性。由於KtrAB對細菌的存活很關鍵;因此細菌KtrAB的結構,為開發新型抗生素提供了重要的結構資訊。


基於該高解析度的蛋白結構,科學家可以使用生物資訊學和人工智能,篩選可能與KtrAB通道蛋白結合的抑制分子,阻止細菌運輸鉀離子、從而導致細菌死亡;這將有助於設計新型抗生素,對抗細菌感染。


此外,這項研究也提供鈉離子在激活鉀離子通道方面的作用機制,對了解人類神經細胞中的類似鉀離子通道蛋白(Na+-activated K+ channel, KNa)有重要意義;並可能對治療因KNa功能不正常,所引起的癲癇、腦中風和創傷性腦損傷等神經疾病,提供新的思路。


胡念仁表示,該項研究由國科會多年期研究經費支持,並結合中研院、臺灣大學、國家同步輻射研究中心、逢甲大學、東海大學及英國里茲大學多個研究團隊,包含興大生科中心蛋白質譜核心實驗室的技術支援,才能完成該相關研究計畫。


而該研究不僅展現了興大在膜蛋白結構研究方面的卓越實力,也為未來開發新型抗生素、甚至神經疾病的治療藥物,奠定了分子結構的基礎。

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