人体磷酸盐如何保持稳态?科学家揭秘

发布时间:2024-12-05 18:45:59 来源: sp20241205

人民网北京8月28日电 (记者赵竹青)记者近日从中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心获悉,研究员姜道华团队利用冷冻电镜单颗粒技术和磷酸根外排功能体系,深入分析了一种可以帮助人体排出磷酸盐的蛋白——XPR1的结构和功能,阐明了该蛋白转运和调控磷酸盐的机制。该研究有助于推进人体磷酸根稳态的相关研究,相关成果发表于《自然》。

磷是人体含量第六多的常量元素,每个成年人大约含有1公斤的磷。由于含有大量磷元素,尸体降解过程中产生的磷化氢在某些条件下会自燃,发出荧荧“磷火”,在古代被迷信地称为“鬼火”。现代研究表明,磷几乎参与生命体所有的生理进程,例如,磷酸盐是骨骼和牙齿的主要成分;磷形成核酸的骨架,参与酸碱平衡;蛋白质也通过磷酸化或去磷酸化作为信号调节细胞代谢。

尽管磷酸盐在人体中如此重要,但磷酸盐的过多积累会引发心血管、肿瘤发生、抑郁和神经元疾病等。因此,将多余的磷酸盐排出细胞外也尤为重要,而XPR1是哺乳动物中目前已知唯一的磷酸盐外排蛋白。不过,XPR1如何在细胞上力挽狂澜,救磷失衡细胞于“水火之中”,一直是未解之谜。

在姜道华团队的研究中,科研人员发现,XPR1的结构类似于转运蛋白,但是显著不同于绝大多数转运蛋白采用的交替开放的转运机制,XPR1在外排磷酸根的过程中,采取了一种新颖的、类似于通道的门控机制。

“XPR1是一种反转录病毒的细胞表面受体,拥有一个普遍存在于动物、植物和微生物中的SPX结构域,SPX结构域可以及时感受细胞内因磷酸盐过量而发出‘求救信号’。”姜道华说。

该研究首次阐明了SPX结构域通过结合多磷酸肌醇调节XPR1的通量,提出多磷酸肌醇感知和磷酸盐输出之间的耦合机制。

“XPR1蛋白非常‘聪明’,为了避免过多磷酸根离子的外排导致营养流失,XPR1利用自己末端一段柔性络环,控制通道开口的大小,而SPX结构域可以通过感受细胞内磷酸肌醇的浓度来调控XPR1外排磷酸根离子的通量。”姜道华说。

与此同时,研究团队表示,尽管已经取得了阶段性进展,但“XPR1作为病毒受体是如何介导病毒入侵细胞的”等关键问题仍然需要进一步研究探索。

(责编:赵竹青、吕骞)