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膜蛋白表达：何苦“兄弟别离”？
在生物学上，膜蛋白的是指位于脂双层之中、或位于脂双层表面的蛋白质总称。根据膜蛋白与脂双层的结合方式，膜蛋白可以分为三种类型：周边膜蛋白(peripheral membrane protein)、整合膜蛋白(integral membrane protein)、脂锚定膜蛋白(lipid-anchored membrane protein)。三者之中，整合膜蛋白往往最受关注。通常人们所提及“膜蛋白”，就是指具有跨膜结构的整合膜蛋白。 图1 膜蛋白的三种类型 整合膜蛋白具有两亲性，同时具有疏水区域和亲水区域。疏水区域会穿过膜，并且与双分子层内部脂质分子的尾巴进行相互作用，从而隔离在远离水的地方；而它们的亲水区域则会暴露在膜两侧的水里。因此，整合膜蛋白与膜结合比较紧密，只有用去垢剂使膜崩解后才可分离出来。整合膜蛋白占整个膜蛋白的70~80%，据估计，人类基因中1/4~1/3基因编码的蛋白质为整合膜蛋白[1]。整合膜蛋白是重要的药物靶标，但由于难以表达纯化，因此一直是药物开发的一大挑战[2]。 膜蛋白的主要重组表达难点： （1）疏水性：膜蛋白经常有多个疏水性强的跨膜结构域，可能会导致水环境中的蛋白质表达出现问题，包括错误折叠、聚集或降解。 （2）结构复杂：跨膜蛋白通常具有包含多个结构域、环和跨膜片段的复杂结构，这种复杂性会阻碍表达和纯化。 （3）细胞毒性：跨膜蛋白的过度表达，尤其是那些具有高疏水性的跨膜蛋白，可能对宿主细胞产生毒性。 “权宜之计”——膜蛋白截短表达 为了规避跨膜区疏水性带来的错误折叠、聚集等问题，在多次跨膜蛋白表达中，去掉跨膜结构域、仅表达胞外N端或胞外环（Extracellular loops）结构域似乎是一条“捷径”。 图2 某多次跨膜蛋白结构示意图[3] 但是，该方法获得的膜蛋白胞外片段难模拟膜蛋白的天然构象，甚至可能造成一些抗原构象表位丢失。例如，新型单克隆抗体治疗药物leronlimab会与其膜蛋白靶标CCR5的多个细胞外环结合[4]。 因此，截取胞外片段的表达方式仅仅是“权宜之计”，构象稳定的全长跨膜蛋白的大量表达方案，更适合膜蛋白靶向药物的开发。 拒绝妥协——珀罗汀无细胞膜蛋白表达技术 无细胞蛋白表达（CFPS）是一种体外直接合成蛋白质的生物反应。珀罗汀无细胞膜蛋白表达技术可控性、开放性高，可以在体系中直接添加去垢剂或纳米盘，为膜蛋白提供类膜环境，从而实现全长膜蛋白可溶性表达。 珀罗汀生物膜蛋白表达服务自推出以来，因成功率极高、价格亲民而好评不断！该服务依托完全自主知识产权的无细胞膜蛋白表达平台，可实现： 1. 全长、多次跨膜蛋白可溶表达； 2. 交付微克/毫克级纯化后膜蛋白（纯度＞80%）； 3. 交付体系可选“去垢剂”或“纳米盘”。 表达案例： 参考文献 [1] 丁明孝, 王喜忠, 张传茂, 等.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,2020. [2] Gulezian E, Crivello C, Bednenko J, Zafra C, Zhang Y, Colussi P, Hussain S. Membrane protein production and formulation for drug discovery. Trends Pharmacol Sci. 2021 Aug;42(8):657-674. [3] Cao W, Xing H, Li Y, Tian W, Song Y, Jiang Z, Yu J. Claudin18.2 is a novel molecular biomarker for tumor-targeted immunotherapy. Biomark Res. 2022 May 31;10(1):38. [3] Hutchings CJ. A review of antibody-based therapeutics targeting G protein-coupled receptors: an update. Expert Opin Biol Ther. 2020 Aug;20(8):925-935.
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