文献解析|上海交通大学——“交我算”助力研发具有完整功能的水溶性膜蛋白

上海交通大学与美国麻省理工学院的科学家合作，在Nature Communications上发表了一项重要研究成果。该研究将一种名为“QTY密码”的简便方法，成功应用于跨膜受体组氨酸激酶CpxA中，使其完全转变为水溶性，并保留了其完整的分子功能。

一、QTY密码：膜蛋白水溶化改造的新突破

膜蛋白是存在于细胞膜、细胞器膜等生物膜中的蛋白质，对于细胞的生命活动至关重要。然而，由于其高度疏水的特性，膜蛋白的研究一直面临着诸多挑战。为了解决这一问题，上海交大和麻省理工学院的合作团队历经7年，发明了QTY密码。QTY密码中的Q代表谷氨酰胺（Gln，Glutamine），T代表苏氨酸（Thr，Threonine），Y代表酪氨酸（Tyr，tyrosine）。这种方法通过改变蛋白质的氨基酸序列，使其在不依赖复杂计算机程序和结构数据输入的情况下，就能从疏水变为亲水，同时保持其天然构象和生物功能。

二、研究成果：具有完整功能的水溶性膜蛋白

在这项研究中，研究团队首次将QTY密码应用于组氨酸激酶这一跨膜受体对象中。经过设计的CpxA不仅表现出预期的生物物理特性，如自激酶活性、磷酸转移酶活性、磷酸酶活性等，还高度保留了其固有的天然分子功能，包括涉及水溶性跨膜结构域的信号受体活性。这一成果不仅实现了具有生物活性的膜蛋白水溶化，还保留了组氨酸激酶蛋白的预期生物物理特性和完整的跨膜结构域功能。

三、“交我算”平台：生物分子模拟的算力支撑

在探究水溶性跨膜结构域的可溶性、稳定性和活性之间的平衡时，研究团队得到了上海交通大学“交我算”平台的支持。该平台提供了丰富的计算资源和便捷的软件环境，有效提高了计算模拟的效率。研究团队利用平台上的AI工具AlphaFold2预测了经过QTY设计的CpxA蛋白的结构模型，并利用GROMACS程序通过分子动力学模拟的手段，分析了该蛋白中存在的相互作用网络，探究了其在水溶性环境下的结构稳定性和活性平衡。

四、研究成果的意义与应用前景

该成果不仅首次实现了具有完整功能的水溶性膜蛋白，还为未来膜蛋白的水溶性设计和功能性设计提供了指导。这一突破有望在合成生物学、药物发现、生物传感、结构生物学等领域迎来广阔的应用前景。例如，在药物发现领域，水溶性膜蛋白的设计有助于研究人员更好地理解和模拟药物与靶标的相互作用，从而加速新药的研发进程。

综上所述，上海交通大学与美国麻省理工学院的合作研究在膜蛋白水溶化改造方面取得了重要突破，为生命科学和现代医学的发展注入了新的活力。