推荐发表在Nature Communication上的文章，题目是Nanoparticles and photochemistry for native-like transmembrane proteinfootprinting，通讯作者为来自美国圣路易斯华盛顿大学的Michael L. Gross教授与Weikai Li教授，Michael L. Gross教授课题组主要使用基于质谱的生物物理方法研究蛋白质折叠、溶剂可及性、蛋白复合体界面等生物学问题；Weikai Li教授课题组致力于研究血液与心血管系统中重要膜蛋白的结构与功能。

      整合膜蛋白（Integral Membrane Protein, IMP）在细胞信号转导、物质跨膜运输、生化反应催化等一系列生理过程中均发挥着重要作用。传统的蛋白结构解析过程，要求膜蛋白从质膜中分离纯化，上述过程往往面临着变性的问题；同时，传统技术无法提供有关蛋白结构动态变化的信息。

      因此，发展在与质膜结合的状态下，原位研究膜蛋白天然结构的方法具有重要意义。目前，化学足迹法，通过使用特定化学试剂，共价标记膜蛋白中溶剂可及的氨基酸残基，进而通过蛋白质组学分析，可揭示膜蛋白丰富的结构信息。然而，上述标记往往仅能对膜蛋白膜外的部分进行标记，无法提供关于跨膜结构域中的结构信息。

      本篇工作发展了一种新的化学足迹方法，实现了膜蛋白跨膜以及膜内结构域的有效标记，并展示了上述标记在研究膜蛋白构型变化、配体相互作用等方面的应用。

      研究人员引入TiO2纳米粒子作为光催化剂，在激光照射下，可以产生高浓度的羟基自由基。上述TiO2纳米粒子，通过与磷脂中磷酰基发生可逆相互作用，可以在质膜表面富集，进而促进靶向膜蛋白的共价标记。此外，通过向体系内加入一定量的丙酮，上述激光照射可同时引发丙酮与脂质体内不饱和脂质之间的Paternò-Büchi反应，形成氧杂环丁烷结构，以提高磷脂双分子层对于羟基自由基的通透性，进而改善对于膜蛋白跨膜结构域的标记效率。作者将上述方法命名为NanoPOMP。

      研究人员首先在细菌膜蛋白，维生素K环氧化物还原酶 (VKOR) 上验证上述方法实现跨膜结构域标记的可行性。实验结果表明，在6 %丙酮处理条件下，NanoPOMP可有效实现膜蛋白跨膜域与膜内结构域的蛋白的共价标记。同时，TiO2纳米粒子与丙酮引入后，该蛋白催化活性基本未受影响，证实本实验条件下VKOR仍保持其天然构型。

      接下来，研究人员对人类葡萄糖转运蛋白 1 (hGLUT1) 的构象变化进行足迹分析。作者共研究了天然hGLUT1的化学足迹，以及分别加入Cyb、Mal两种小分子抑制剂后蛋白的化学足迹。对比结果表明，部分氨基酸残基在处理后，表现出显著的标记水平变化。对Cyb、Mal处理后，标记水平显著降低的M77、F379残基，作者推测为抑制剂结合位点；对Cyb、Mal处理后，标记水平分别升高、降低的M13、F444残基，作者推测为反应向内、向外开放构型的重要残基。上述结论，均从已知晶体结构中得到有力支撑。

      总而言之，本篇工作发展了一种新的化学足迹方法，NanoPOMP，利用TiO2纳米粒子与PB反应，实现了膜蛋白跨膜以及膜内结构域的有效标记，并展示了上述标记在研究膜蛋白构型变化、配体相互作用等方面的应用。

本文作者：TZS

责任编辑：Guo ZH

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27588-8

文章引用：DOI：10.1038/s41467-021-27588-8