近日，强磁场科学中心-中科大双聘教授田长麟、中科大张志勇教授及美国国家强磁场中心Likai Song教授密切合作，针对细菌氰根离子（CN-）解毒及跨膜转运重要蛋白硫氰酸酶YgaP，通过系统构建位点特异性电子自旋标记（简称SDSL），应用电子顺磁共振（简称EPR），特别是脉冲双电子偶极耦合(简称DEER)方法，首次成功解析了YgaP的全长三维结构，并通过EPR动态特性、顺磁增强分子易趋性分析、距离测量等分析方法研究了YgaP蛋白跨膜转运酶催化产物硫氰根离子(SCN-)的分子机制。该研究成果以Structure of an E. coli integral membrane sulfurtransferase and its structural transition upon SCN−binding defined by EPR-based hybrid method为题在线发表在《科学报告》杂志上(Sci. Rep. 6, 20025; doi: 10.1038/srep20025 (2016))。

　　膜蛋白三维结构分析一直以来都是结构生物学、细胞等生命活动重要分子机制研究的前沿科学问题。目前其主要研究方法有X射线晶体衍射、核磁共振和冷冻电镜。这些方法有各自独特的优势，但也有其应用的局限性。近年来随着电子顺磁共振方法，特别是脉冲电子自旋共振方法的飞速发展，该方法越来越广泛应用于研究膜蛋白，特别是真核膜蛋白的在不同功能状态下的构象变化、动态特性及分子机制分析。EPR方法在膜蛋白研究中拥有独特的优势，包括比核磁共振高近三个数量级的灵敏度；对膜蛋白分子量大小无限制；获得蛋白动力学信息；能检测8埃到80埃的长程距离信息；能开展磷脂等类生理环境中的膜蛋白研究等。

　　本工作中，研究人员首先使用连续波（Continuous wave, CW）EPR方法（包括谱线分析、功率饱和等方法）获得YgaP蛋白跨膜结构域的动力学和易趋性信息，从而得到YgaP跨膜结构域的二级结构特征；通过基于CW-EPR和脉冲DEER距离测量方法得到二体全长YgaP蛋白中单体内或单体间的距离约束信息；结合刚体(rigid-body)计算方法最终得到YgaP蛋白的三维结构。研究人员还应用EPR方法分析了YgaP蛋白与酶催化产物SCN-结合前后的动态特性和构象变化，结果表明YgaP蛋白第二跨膜螺旋（TMH2）在结合底物SCN-后运动性下降，TMH2间的距离变小。本研究为国际上首次报道综合应用连续波、脉冲EPR及刚体计算方法的膜蛋白de novo结构解析和动态构象分析，并将为其他真核膜蛋白的结构研究提供一条新的途径。

　　该项研究获得合肥稳态强磁场实验装置电子自旋共振设备，美国国家强磁场实验室电子自旋共振设施部的设备支持，在中国科技部国家重点科学研究基金、国家自然科学基金、中科院合肥大科学中心等项目支持下完成。

　　文章链接：http://www.nature.com/articles/srep20025 。

　　系统构建位点特异电子自旋标记及电子顺磁共振方法获得膜蛋白三维结构