淀粉樣蛋白（amyloids）是一類非常容易聚集在一起形成纖維狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)片段，的例子就是在阿茲海默病患者腦部發(fā)現(xiàn)的β-淀粉樣蛋白斑塊。許多淀粉樣蛋白都會(huì)與鋅或其它金屬離子結(jié)合，但是，這些金屬離子的功能卻不為人所知。更重要的是，不是所有的淀粉樣蛋白都會(huì)引起疾病，許多淀粉樣蛋白具有重要的生理功能。
近，來自美國麻省理工學(xué)院（MIT）、加利福尼亞大學(xué)舊金山分校（UCSF）和Syracuse University的科研團(tuán)隊(duì)合作解開了一種與鋅離子結(jié)合的淀粉樣蛋白的結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)有望推動(dòng)我們對于淀粉樣蛋白功能以及它們?nèi)绾螌?dǎo)致疾病的認(rèn)識。這項(xiàng)研究發(fā)表在了近的《美國國家科學(xué)院院刊》(《Proceedings of the National Academy of Sciences 》)上。
科研人員首先設(shè)計(jì)了一種人造淀粉樣蛋白，它包含7個(gè)氨基酸，并與一個(gè)鋅離子結(jié)合。這個(gè)淀粉樣蛋白模擬了碳酸酐酶的催化部分的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，這個(gè)酶的催化部分在鋅離子的幫助下，催化生命過程中的一個(gè)基本化學(xué)反應(yīng)，即從二氧化碳和水生成碳酸氫根。而人造淀粉樣蛋白能夠以同樣的效率催化這個(gè)反應(yīng)，同時(shí)也能形成纖維狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)簡單的、同時(shí)具有催化功能的淀粉樣蛋白，可能就是原始酶的雛形，研究其結(jié)構(gòu)對于了解生命進(jìn)化過程中酶的演變具有重要的意義。
隨后，科研人員使用核磁共振和生物信息學(xué)的方法研究了淀粉樣蛋白纖維的結(jié)構(gòu)。這些纖維中包括了層層重疊的β折疊結(jié)構(gòu)，這其中每一個(gè)淀粉樣蛋白都通過其組氨酸支鏈與另一個(gè)淀粉樣蛋白相結(jié)合。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，其中一半組氨酸與一個(gè)鋅原子結(jié)合，另一半與兩個(gè)鋅離子結(jié)合。每一個(gè)鋅離子都位于兩層淀粉樣蛋白之間，它與一個(gè)上層的組氨酸支鏈和兩個(gè)下層的組氨酸支鏈結(jié)合，形成了一個(gè)四面體的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)果顯示，鋅離子不僅對于這個(gè)淀粉樣蛋白的催化功能其重要作用，還在其形成的纖維狀結(jié)構(gòu)中也有關(guān)鍵作用。
這項(xiàng)研究的通訊作者、麻省理工學(xué)院化學(xué)系教授Mei Hong表示：“盡管通過核磁共振已經(jīng)對淀粉樣蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量高分辨率的研究，人們對于金屬離子的作用的研究卻很少。有一些分子動(dòng)力學(xué)模型可以猜測金屬離子如何結(jié)合組氨酸，但在這項(xiàng)研究之前并沒有在原子層面的對金屬離子和淀粉樣蛋白的協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的研究。”
下一步，科研人員計(jì)劃研究與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)的淀粉樣蛋白的結(jié)構(gòu)，那些淀粉樣蛋白也會(huì)與包括銅和鋅在內(nèi)的金屬離子結(jié)合。通過研究它們的結(jié)構(gòu)，有望揭示金屬離子在這些神經(jīng)疾病的形成過程中發(fā)揮的作用，并尋找潛在的治療方法。
