全国服务咨询热线：
17351412161
17351412161
人类基因组编码的所有蛋白质中，其中30%是膜蛋白并且膜蛋白占药物靶点的60%以上[1]。膜蛋白广泛存在于细胞膜和细胞器上，是生命活动的核心调控者[2]。膜蛋白失调会引发多种疾病，所以膜蛋白成为许多药物开发的靶点[2]。
一、膜蛋白主要承担以下几类功能
物质运输功能：比如离子通道、转运蛋白以及营养物质的跨膜转运等，膜蛋白是维持细胞稳态的关键机制。
信号转导：受体类蛋白（比如GPCR）负责接收细胞外信号并向细胞内传递，GPCR是上市药物目标中占比最高的一类[1-2]。
细胞识别与粘附：膜蛋白可以介导免疫识别、细胞间连接和组织分布[1]。
酶活性以及结构支撑功能：膜蛋白自身具有酶功能同时会参与维持细胞骨架连接、膜结构稳定[4]。
图1：七次跨膜（7TM）受体信号传导
Seven-transmembrane receptors. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002
二、膜蛋白合成遇到的挑战
膜蛋白因疏水性、多跨膜结构域以及折叠复杂度，被认为是最难表达的一类蛋白，其结构解析是结构生物学长期面临的核心难题。
1、在细胞体系中表达成功率低
由于跨膜结构域有很强的疏水性，所以在细胞内容易导致蛋白错误折叠或者聚集。而且许多膜蛋白对细胞有毒性，会直接导致宿主细胞死亡[5]。所以会导致大多数膜蛋白在细胞体系内难以高效表达。
2、正确的构象依赖磷脂双分子层
大多数膜蛋白只有依赖天然的膜结构才能正确折叠，但是传统细胞表达系统难以精准提供这些环境[6]。
3、去垢剂筛选困难，纯化成本较高
不同膜蛋白对去垢剂的偏好不同，需要大量实验筛选，并且纯化过程中容易破坏折叠状态[5]。
4、稳定性差、纯度低
膜蛋白稳定性差，聚集性强，是结构研究的最大瓶颈之一。
三、无细胞蛋白表达技术：膜蛋白研究的破局点
无细胞蛋白表达技术( CFPS)可以在体外环境中直接合成蛋白质，具备开放性、无毒性限制等特点，被认为是解决膜蛋白表达难题的关键技术之一。
无细胞毒性
无细胞表达技术不涉及细胞内环境，所以不受细胞毒性的影响，可以表达对宿主有毒性的通道蛋白或者跨膜蛋白。
2、可添加去垢剂、纳米盘等辅助折叠
可以合成接近天然膜的折叠环境，显著提升膜蛋白的表达量、成功率和功能活性。
3、开放性体系、可控性高
4、可实现快速构建和筛选
适合突变体筛选和高通量蛋白功能筛选平台。
图2：无细胞系统与传统系统流程图
四、珀罗汀无细胞蛋白表达系统为膜蛋白突破性研究助力
珀罗汀生物基于自主开发的无细胞蛋白表达体系，已构建了从试剂盒到一站式膜蛋白表达服务的产品体系。通过在表达反应中引入纳米盘、去垢剂等折叠辅助因子，能够有效提升多跨膜受体、转运体、离子通道等难表达膜蛋白的可溶性与功能性获得。公司已在多种膜蛋白项目中实现结构研究级别的表达量与活性，显著缩短科研客户从“基因 → 功能蛋白"的研发周期。
未来，随着纳米盘辅助折叠、非天然氨基酸标记、自动化高通量筛选等技术持续迭代，珀罗汀无细胞平台将进一步扩大在膜蛋白结构生物学、抗体药物发现、新靶点验证等方向的应用范围，为科研与药物研发提供更高成功率、更短周期、更高确定性的膜蛋白解决方案。
[1] Overington JP, Al-Lazikani B, Hopkins AL. How many drug targets are there?. Nat Rev Drug Discov. 2006;5(12):993-996.
[2] Venkatakrishnan AJ, Deupi X, Lebon G, Tate CG, Schertler GF, Babu MM. Molecular signatures of G-protein-coupled receptors. Nature. 2013;494(7436):185-194.
[3] Pierce KL, Premont RT, Lefkowitz RJ. Seven-transmembrane receptors. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002;3(9):639-650.
[4] White SH, Wimley WC. Membrane protein folding and stability: physical principles. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 1999;28:319-365.
[5] Seddon AM, Curnow P, Booth PJ. Membrane proteins, lipids and detergents: not just a soap opera. Biochim Biophys Acta. 2004;1666(1-2):105-117.
[6] Corradi V, Mendez-Villuendas E, Ingólfsson HI, et al. Lipid-Protein Interactions Are Unique Fingerprints for Membrane Proteins. ACS Cent Sci. 2018;4(6):709-717.
微信扫一扫
