• 发布日期：2025-05-22
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细胞内的能量货币ATP主要由线粒体产生，但占据细胞巨大体积的内质网（ER）却无法自主合成ATP。这个"能量黑洞"必须从胞质输入ATP才能驱动蛋白折叠、质量控制等关键过程。过去30年，科学家们一直在寻找内质网的ATP转运通道，曾先后提出多个候选蛋白又被否定。2018年有研究推测SLC35B1（又称AXER）可能是真正的ATP转运体，但这个属于核苷酸糖转运体（NST）家族的蛋白，其真实功能和分子机制始终成谜。

瑞典斯德哥尔摩大学David Drew团队联合日本京都大学等机构，通过多学科方法破解了这一难题。研究发现SLC35B1 knockout细胞表现出与必需转运体类似的生长缺陷，证实其生理重要性。冷冻电镜捕捉到该蛋白结合ATP类似物AMP-PNP和ADP的7种构象，分辨率最高达2.85 ?，首次完整呈现了转运循环中所有主要状态。

研究采用四大关键技术：1）基于CRISPR-Cas9的基因组筛选确定SLC35B1的必需性；2）热迁移实验和饱和转移差示核磁共振（STD NMR）验证底物特异性；3）构建抗体-Fv-MBP融合标记物解决小蛋白冷冻电镜成像难题；4）脂蛋白体重建体系测定转运动力学参数（Km=3.4 μM，kcat=12 min-1）。

【功能特征验证】
热稳定实验显示SLC35B1特异性结合ATP/ADP（ΔTm增加5.2-5.3°C），而几乎不结合UDP-半乳糖（ΔTm仅0.3°C）。脂蛋白体实验证实其严格遵循ATP/ADP交换模式，对ATP的Km值与早期粗提ER微球体数据一致。竞争实验表明CTP/UTP也能较弱竞争结合，但GTP因核苷碱基亲水性过高而几乎无结合。

【结构解析突破】
冷冻电镜结构显示SLC35B1采用药物代谢转运体（DMT）折叠而非线粒体ADP/ATP载体的SLC25折叠。关键的TM4螺旋在K117-P212处断裂形成独特TM4a-TM4b柔性区。获得Q113F突变体（ΔTm提升至6.6°C）使分辨率提升至3.0 ?，清晰观察到ATP类似物罕见的环形构象。

【逐步移位机制】

比较胞质面向（inward-facing）和ER腔面向（outward-facing）结构发现：1）腺嘌呤通过I257/V261/C269疏水斑块锚定；2）TM8-TM9门控螺旋闭合使核苷酸垂直移位6.5 ?；3）R276在TM9上形成旋转支点，K120/K117在TM4b动态协调磷酸基团。这种"先结合后移位"机制突破了传统摇滚开关（rocker-switch）模型，解释了大分子两亲性底物的转运难题。

【生理意义】
该研究终结了30年来关于ER如何获取ATP的争论，揭示SLC35B1/SLC35B2亚家族可能进化出相似机制转运不同腺苷衍生物。内质网ATP供应与线粒体功能直接关联，为探索代谢疾病（如胰岛素抵抗中观察到的线粒体-ER接触异常）提供了新视角。结构解析的Q113F和E33A等突变体为开发特异性调节剂奠定基础，可能应用于蛋白质稳态紊乱相关疾病的干预策略。

这项研究不仅发现了一个关键细胞器的能量供应途径，更开创性地展示了两亲性大分子底物的非典型转运机制。正如作者指出，该发现与线粒体ADP/ATP载体SLC25A4的逐步转运假说形成有趣呼应，暗示自然界可能趋同演化出类似的复杂分子解决方案。(子科生物报道）