第482次SKLBE学术论坛(北京大学化学与分子工程学院 王申林研究员)

以下为第482次SKLBE学术论坛信息，请阅。

报告人：北京大学化学与分子工程学院 王申林研究员

题目：七次跨膜蛋白结构的固体核磁共振研究

时间：2019-7-23 9:00-10:00

地点：实验18楼202室

主持人：张立新教授

简介：王申林，北京大学化学与分子工程学院特聘研究员。王申林研究员主要从事生物核磁共振方面的研究工作。近年来，逐步建立和发展了大分子量膜蛋白结构的固体核磁方法学体系、发展了氢检测固体核磁共振研究核糖核酸结构的实验方法、以及细胞原位固体核磁共振研究方法等。研究的相关成果，发表在Nature Methods, Nature Chemical Biology, JACS, PNAS, Chem. Commun.，Structure, JMB, JBC等国际知名学术期刊上。

摘要：生物固体核磁共振技术是新兴的生命科学研究实验方法，其独特的优势在于可以在近生理环境下研究生物大分子的结构与功能。应用固体核磁共振技术已经可以解析大分子量膜蛋白在磷脂环境中的结构，甚至可以在活体细胞中研究膜蛋白的性质和功能。本报告将介绍我们课题组利用固体核磁共振技术解析七次跨膜蛋白Leptosphaeria rhodopsin（LR）在脂质体中三维结构的进展。

LR是真菌Leptosphaeria maculans基因编码的光驱动质子泵，属于微生物视紫红质家族(microbial rhodopsin)。此蛋白通过质子化希夫碱基共价连接视黄醛，并在光照射下，将细胞内的质子跨膜运输至细胞膜外，然而其三维结构和功能机理未知。在本工作中，我们发展了基于毕赤酵母表达体系的LR蛋白15N,13C选择性同位素标记方法，发展了基于固体核磁顺磁效应的快速采样方法和结构分析技术，并发展了基于水编辑的蛋白拓扑结构分析方法。

利用发展的方法，首次完成了LR蛋白的化学位移指认，鉴定了LR在磷脂中形成七次跨膜螺旋的拓扑结构，并获取了LR在磷脂中的三聚界面等结构信息。通过化学位移分析和谱编辑方法，发现与质子泵功能相关的Asp139和Asp266的侧链羧酸基团处于去质子化状态，并与质子化希夫碱基形成水介导的盐桥结构。基于水编辑的固体核磁实验则证明在质子运输的通道内部存在水分子，并且水分子与溶剂水存在交换现象，说明在光驱动质子跨膜运输过程中，水分子参与这一过程。