浙江大学医学院郭江涛课题组近日解析了人源钾-氯共转运蛋白KCC1的2.9埃高分辨率冷冻电镜结构，揭示了钾离子和氯离子的结合位点，提出了一个钾-氯共转运机理的模型，这将为相关的疾病治疗和药物设计提供新的视角。10月25日，这项研究刊登在国际顶级杂志《科学》(Science)上。
人体细胞内的钾离子浓度是高于细胞外浓度的。钾-氯共转运蛋白KCC利用这个钾离子浓度梯度，将细胞内的钾离子和氯离子一起转运至细胞外，从而调控细胞内的氯离子浓度。然而一直以来，都没有人揭开它的神秘面纱。
郭江涛介绍说，这主要受限于两方面的因素。首先，钾-氯共转运蛋白的样品获得不容易。钾-氯共转运蛋白是定位于细胞膜上的膜蛋白，具有很强的疏水性，在水溶液中不稳定，易于沉淀，需要溶解在双亲性的去污剂中，过程复杂和困难。其次，较小分子量的膜蛋白的高分辨率结构解析挑战性颇高。近年来冷冻电镜技术的发展为解析膜蛋白结构提供了便捷的途径，不过困难依旧存在。
浙江大学医学院博士刘斯经过大量的蛋白表达和纯化条件的优化，最终获得足够量的可用于冷冻电镜数据收集的样品。然而有先进的冷冻电镜也不一定能拍出好照片，生物大分子样品对曝光非常敏感，拍照只能在曝光时间短、剂量低的情况下进行。
为了提高分辨率，研究人员先是“削薄”冰层，然后再不断调整参数，让冷冻后的KCC1蛋白颗粒能够密集而均匀地分布在冰层较薄的区域。电镜数据收集的过程有点像电影的拍摄手法：在8秒的时间内连续拍摄40张照片，形成一个“微电影”。科研人员通过图像处理，将微电影“叠加”成一张照片，提高照片的信噪比，获得更为清晰的画面。课题组从3000多部“微电影”中，挑出了一两百万个蛋白颗粒进行数据处理。经过层层筛选，最终用十万个左右的高质量蛋白颗粒进行高分辨率三维重构。
获得了KCC1的高分辨率电镜结构，将有助于下一步设计针对KCC的药物，为治疗癫痫等疾病提供帮助。《科学》杂志文章审稿人认为：“这项工作揭示了一个令人兴奋的人源转运蛋白的结构。”
本报记者 林洁 通讯员 吴雅兰 柯溢能
