細(xì)胞內(nèi)的能量貨幣ATP主要由線粒體產(chǎn)生，但占據(jù)細(xì)胞巨大體積的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）卻無(wú)法自主合成ATP。這個(gè)"能量黑洞"必須從胞質(zhì)輸入ATP才能驅(qū)動(dòng)蛋白折疊、質(zhì)量控制等關(guān)鍵過程。過去30年，科學(xué)家們一直在尋找內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的ATP轉(zhuǎn)運(yùn)通道，曾先后提出多個(gè)候選蛋白又被否定。2018年有研究推測(cè)SLC35B1（又稱AXER）可能是真正的ATP轉(zhuǎn)運(yùn)體，但這個(gè)屬于核苷酸糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（NST）家族的蛋白，其真實(shí)功能和分子機(jī)制始終成謎。

瑞典斯德哥爾摩大學(xué)David Drew團(tuán)隊(duì)聯(lián)合日本京都大學(xué)等機(jī)構(gòu)，通過多學(xué)科方法破解了這一難題。研究發(fā)現(xiàn)SLC35B1 knockout細(xì)胞表現(xiàn)出與必需轉(zhuǎn)運(yùn)體類似的生長(zhǎng)缺陷，證實(shí)其生理重要性。冷凍電鏡捕捉到該蛋白結(jié)合ATP類似物AMP-PNP和ADP的7種構(gòu)象，分辨率最高達(dá)2.85 ?，首次完整呈現(xiàn)了轉(zhuǎn)運(yùn)循環(huán)中所有主要狀態(tài)。

研究采用四大關(guān)鍵技術(shù)：1）基于CRISPR-Cas9的基因組篩選確定SLC35B1的必需性；2）熱遷移實(shí)驗(yàn)和飽和轉(zhuǎn)移差示核磁共振（STD NMR）驗(yàn)證底物特異性；3）構(gòu)建抗體-Fv-MBP融合標(biāo)記物解決小蛋白冷凍電鏡成像難題；4）脂蛋白體重建體系測(cè)定轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（Km=3.4 μM，kcat=12 min-1）。

【功能特征驗(yàn)證】
熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)顯示SLC35B1特異性結(jié)合ATP/ADP（ΔTm增加5.2-5.3°C），而幾乎不結(jié)合UDP-半乳糖（ΔTm僅0.3°C）。脂蛋白體實(shí)驗(yàn)證實(shí)其嚴(yán)格遵循ATP/ADP交換模式，對(duì)ATP的Km值與早期粗提ER微球體數(shù)據(jù)一致。競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)表明CTP/UTP也能較弱競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，但GTP因核苷堿基親水性過高而幾乎無(wú)結(jié)合。

【結(jié)構(gòu)解析突破】
冷凍電鏡結(jié)構(gòu)顯示SLC35B1采用藥物代謝轉(zhuǎn)運(yùn)體（DMT）折疊而非線粒體ADP/ATP載體的SLC25折疊。關(guān)鍵的TM4螺旋在K117-P212處斷裂形成獨(dú)特TM4a-TM4b柔性區(qū)。獲得Q113F突變體（ΔTm提升至6.6°C）使分辨率提升至3.0 ?，清晰觀察到ATP類似物罕見的環(huán)形構(gòu)象。

【逐步移位機(jī)制】

比較胞質(zhì)面向（inward-facing）和ER腔面向（outward-facing）結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：1）腺嘌呤通過I257/V261/C269疏水斑塊錨定；2）TM8-TM9門控螺旋閉合使核苷酸垂直移位6.5 ?；3）R276在TM9上形成旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)，K120/K117在TM4b動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)磷酸基團(tuán)。這種"先結(jié)合后移位"機(jī)制突破了傳統(tǒng)搖滾開關(guān)（rocker-switch）模型，解釋了大分子兩親性底物的轉(zhuǎn)運(yùn)難題。

【生理意義】
該研究終結(jié)了30年來(lái)關(guān)于ER如何獲取ATP的爭(zhēng)論，揭示SLC35B1/SLC35B2亞家族可能進(jìn)化出相似機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)不同腺苷衍生物。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)ATP供應(yīng)與線粒體功能直接關(guān)聯(lián)，為探索代謝疾?。ㄈ缫葝u素抵抗中觀察到的線粒體-ER接觸異常）提供了新視角。結(jié)構(gòu)解析的Q113F和E33A等突變體為開發(fā)特異性調(diào)節(jié)劑奠定基礎(chǔ)，可能應(yīng)用于蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)紊亂相關(guān)疾病的干預(yù)策略。

這項(xiàng)研究不僅發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞器的能量供應(yīng)途徑，更開創(chuàng)性地展示了兩親性大分子底物的非典型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。正如作者指出，該發(fā)現(xiàn)與線粒體ADP/ATP載體SLC25A4的逐步轉(zhuǎn)運(yùn)假說(shuō)形成有趣呼應(yīng)，暗示自然界可能趨同演化出類似的復(fù)雜分子解決方案。(子科生物報(bào)道）