光驅動分子馬達離子跨膜運輸研究取得新進展

近日，華東理工大學化學與分子工程學院教授包春燕和曲大輝合作，利用光驅動分子馬達模擬天然轉運蛋白的結構和功能，實現了高效、光可控、鉀離子選擇性的跨膜運輸，并具有癌細胞選擇性，能通過促使癌細胞內鉀離子快速外流，引發caspase(一種蛋白酶)依賴的細胞凋亡。相關成果以《光驅動分子機器驅動鉀離子通道傳輸和誘導癌細胞凋亡》為題，發表在《德國應用化學》上。

“細胞膜上離子的轉運與許多生命活動息息相關，鉀離子的轉運在調節神經遞質釋放、胰島素分泌、平滑肌收縮、細胞增殖和凋亡等方面發揮著重要作用。”包春燕告訴《中國科學報》，“例如，癌細胞內鉀離子的外流是癌細胞發生凋亡的特征之一。因此，高效的鉀離子人工離子傳輸體系有望用作藥物實現癌癥治療。”

受自然界利用生物分子機器轉運物質的啟發，該團隊創新性地提出一種以光驅動馬達為核心結構的人工離子轉運體結構，通過識別基團的接力傳遞和光驅動馬達旋轉運動，實現鉀離子的高效跨膜傳輸。

研究表明，整個分子可以垂直插入并橫跨脂質膜形成穩定的鉀離子通道，在紫外光照射下，馬達在磷脂膜內的旋轉運動可提供額外的能量，加速離子的跨膜轉運。

研究人員結合分子動力學理論計算，可以推測馬達分子通過膜外離子抓捕、游入磷脂膜、接力傳輸和游出釋放離子的一系列過程實現離子的跨膜傳輸。細胞實驗證明，所設計的馬達分子能有效作用于癌細胞膜，通過光驅動馬達旋轉促進胞內鉀離子外流，從而引發caspase依賴的癌細胞凋亡。

“該工作為推進人工離子傳輸體系實現癌癥和人類其它疾病的治療提供新的契機。”包春燕說。(作者：張雙虎 黃辛 )

標簽： 光驅動分子馬達 離子跨膜運輸 癌癥治療 跨膜傳輸