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研究發(fā)現(xiàn)：光驅動分子馬達離子跨膜運輸實現(xiàn)癌癥治療
發(fā)布日期： 2022-05-16 13:50:12 來源： 中國科學報

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(xiàn)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(fā)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(fā)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(jié)神經(jīng)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(fā)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(fā)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(xiàn)癌癥治療。”

受自然界利用生物分子機器轉運物質的啟發(fā)，該團隊創(chuàng)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(xiàn)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(wěn)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)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 )

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