如何實現生物膜界面的精密物理測量

如何實時追蹤單個膜蛋白在約4nm厚的膜內或膜表面幾納米范圍內的動力學過程，對于研究人員來說一直是一個挑戰。北京凝聚態物理國家研究中心軟物質物理重點實驗室李明研究組基于單個供體對多個受體的熒光共振能量轉移（FRET）原理，發展了一套基于脂質體的單分子熒光檢測方法（命名為LipoFRET），實現了在脂質體上單個膜蛋白動態構象和位置變化的精密觀測，測量精度可達0.7nm。對膜內和膜外區域的膜蛋白標記位點同樣有效，是該方法獨有的優勢。

應用此方法，研究人員對α -突觸核蛋白（α-syn）進行了深入研究，獲得了該蛋白在膜上運動的新信息，澄清了文獻中一些有爭議的問題。

研究團隊以單層脂質體中包裹的臺盼藍染料（TB）作為熒光受體，以膜蛋白上標記的熒光基團作為熒光供體，結合理論計算建立了膜蛋白特定位點的垂直位置與相對熒光亮度的對應關系。對單個α-syn蛋白上三個代表性位點的研究表明，α-syn的中間區域（T72）位于脂質體磷脂膜的外表面，C端的無結構尾部（S129）位于溶液中，而N端（K10）插入膜中并呈現多態的特性，其深度在各個狀態之間緩慢切換。研究人員還對α-syn的C端與鈣離子的相互作用進行了研究。結果顯示，鈣離子使部分標記在129位點的熒光基團出現了一個比原始位置更靠近膜表面的新狀態，兩態之間的高度差約為1.2nm～1.6nm。該狀態所占比例隨著鈣離子濃度的升高而相應增加，而相應濃度的鎂離子則不會誘導α-syn的C端發生變化，清楚地揭示了鈣離子對α-syn C端的特異性調控作用。