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細胞生物膜所含的蛋白稱為膜蛋白，其承擔了大多數(shù)生物膜的功能，包括細胞與外界進行物質運輸、信息傳遞、能量交換等發(fā)揮著重要作用。在人體蛋白中，有大約30%是膜蛋白，FDA批準的新藥中，大多數(shù)都以膜蛋白為靶點。隨著對膜蛋白生物作用機理的深入研究，新的細胞調控作用靶點被不斷發(fā)現(xiàn)，從而使選擇性作用于靶點的新藥能更有針對性的開發(fā)。例如現(xiàn)在市面上有不少基于細胞轉運通道蛋白設計的藥物，最常見一類抗高血壓藥，其主要功能是作為鈣離子通道阻滯劑，選擇性地同鈣離子通道結合以阻滯鈣離子進入細胞，從而導致心肌收縮力減弱、心率減慢和血管擴張等以達到降壓的作用。
 
要想針對膜蛋白為靶點并開發(fā)藥物，首先要研究膜蛋白，但目前已被研究清楚其結構的膜蛋白僅占膜蛋白總量的1%。其原因是因為膜蛋白依附或橫跨在細胞膜的磷脂雙分子層上，使膜蛋白的提取和功能研究都有很大難度。因此能否找到提取未研究的膜蛋白，以及在提取后順利保持其構象的方法是為進一步功能結構研究和新藥開發(fā)的關鍵。
 
為了更深入地了解更多膜蛋白和挖掘更多的潛在藥物靶點，一些科研人員需要對細胞中整體膜蛋白進行提取并建立膜蛋白文庫，通過篩選總膜蛋白從中找到自己感興趣的膜蛋白。因此，成功提取膜總蛋白和膜蛋白提取后保存對膜蛋白文庫的建立非常重要。如果成功建立這種膜蛋白文庫也為體外膜蛋白組的研究提供堅實的基礎。

圖1：膜蛋白文庫建立示意圖

現(xiàn)在，隨著新技術不斷更新，提取膜總蛋白和膜蛋白提取后的保存問題可以很好地解決?，F(xiàn)有生物試劑產品的配合使用就可以輕松地解決這一問題：在總膜蛋白提取方面，有眾多試劑盒可以成功有效地提取天然的總膜蛋白；而模擬細胞膜結構的納米磷脂盤（Nanodiscs）可以解決分離出的膜蛋白在體外環(huán)境中穩(wěn)定存在的問題，確保膜蛋白能夠像在天然的細胞膜中維持其構象和生物學功能，使其很好地用于后續(xù)的功能研究。

Nanodiscs是由膜支架蛋白和磷脂分子構成的磷脂雙分子層類膜結構。天然膜蛋白在自然條件下存在于磷脂雙分子層中，脫離了磷脂雙分子層的膜蛋白在水溶液環(huán)境下非常不穩(wěn)定，極易發(fā)生聚合沉淀。通過模擬天然磷脂雙分子結構能夠有效地解決膜蛋白提取后在體外環(huán)境中穩(wěn)定存在的問題，確保膜蛋白能夠像在天然的細胞膜中維持其構象和生物學功能。通過這種特殊的結構，膜蛋白可以整合到Nanodiscs中，保持其生物學活性，為膜蛋白研究提供了充分有利的技術支持。

圖2：膜蛋白組裝到Nanodiscs的原理圖。綠色：膜支架蛋白（MSPs）；灰色：磷脂；橙色：膜蛋白

由于納米盤可以包裹分離開不同的膜蛋白，膜蛋白文庫也為生物分子間相互作用和膜蛋白pull-down提供了研究平臺。研究膜蛋白的科學家們已證實Nanodisc對膜蛋白研究有重大作用。
 

參考文獻：
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2. Civjan, N.R. et al. Direct solubilization of heterologously expressed membrane proteins by incorporation into nanoscale lipid bilayers. BioTechniques (2003)

3. Marty M.T. et al., Nanodisc-solubilized membrane protein library reflects the membrane proteome. Anal. Bioanal. Chem. (2013)