興大解析細菌鉀離子通道蛋白結構 提供神經性疾病治療新方向

記者蕭宇廷／臺中報導

鉀離子是細菌用來應對環境中滲透壓變化的關鍵電解質。細菌透過控制鉀離子通道蛋白的開啟和關閉，調節細胞內的鉀離子濃度，從而適應不同的滲透壓環境；因此，了解這些通道蛋白的分子結構，對研究細菌的生存機制非常重要。國立中興大學生物化學研究所副教授胡念仁及其團隊，與中央研究院院士蔡明道合作，使用最新的冷凍電子顯微鏡技術(Cryo-EM)，成功解析細菌鉀離子通道蛋白KtrAB、在開啟和關閉狀態時的高解析度結構，有助提供人類神經性疾病的治療新方向。研究結果今（2024）年5月發表在國際知名的《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

興大今（12）日指出，這項研究解析出枯草桿菌KtrAB通道蛋白結合ATP或是ADP的兩種分子結構，清楚揭示KtrAB如何被三磷酸腺苷(ATP)激活而開啟；又如何被雙磷酸腺苷(ADP)抑制而關閉的分子機制。更重要的是，該研究還清楚的解析出鈉離子在ATP-KtrAB蛋白的結合位置，並證實鈉離子會與ATP一起協助KtrAB通道的開啟。

而鈉離子活化鉀離子通道、有其重要的生理意義；因為細菌細胞內過高的鈉離子濃度對細胞有毒性，需要鉀離子進入細胞減輕毒性。由於KtrAB對細菌的存活很關鍵；因此細菌KtrAB的結構，為開發新型抗生素提供了重要的結構資訊。

基於該高解析度的蛋白結構，科學家可以使用生物資訊學和人工智能，篩選可能與KtrAB通道蛋白結合的抑制分子，阻止細菌運輸鉀離子、從而導致細菌死亡；這將有助於設計新型抗生素，對抗細菌感染。

此外，這項研究也提供鈉離子在激活鉀離子通道方面的作用機制，對了解人類神經細胞中的類似鉀離子通道蛋白（Na+-activated K+ channel, KNa）有重要意義；並可能對治療因KNa功能不正常，所引起的癲癇、腦中風和創傷性腦損傷等神經疾病，提供新的思路。

胡念仁表示，該項研究由國科會多年期研究經費支持，並結合中研院、臺灣大學、國家同步輻射研究中心、逢甲大學、東海大學及英國里茲大學多個研究團隊，包含興大生科中心蛋白質譜核心實驗室的技術支援，才能完成該相關研究計畫。

而該研究不僅展現了興大在膜蛋白結構研究方面的卓越實力，也為未來開發新型抗生素、甚至神經疾病的治療藥物，奠定了分子結構的基礎。

興大解析細菌鉀離子通道蛋白結，促人類神經性疾病治療出現可能新方向。（中興大學提供）

興大解析細菌鉀離子通道蛋白結，促人類神經性疾病治療出現可能新方向。（中興大學提供）