8月10日，《科學》雜誌在線刊發施一公團隊研究成果，首次解析了人源多囊蛋白1與多囊蛋白2形成的複合物的結構，解析度達到3.6?（埃，相當於10-10米）。
人體內多囊蛋白的突變會引發多囊腎病，每千人中大約有1—2.5人患病，算比較常見。2003年一篇題為《常染色體顯性遺傳性多囊腎病研究的熱點問題》的論文中顯示，該病的研究熱點在於致病基因表達產物，即多囊蛋白1和多囊蛋白2的結構與功能、亞細胞定位等，這樣可闡明多囊腎病的分子發病機制，有望實現臨床徹底治癒。
15年後，該蛋白家族的精細結構終於解出，完成「忘年問答」。識得該蛋白家族的「廬山真面目」難在多囊蛋白1擁有4302個胺基酸，包含11次跨膜螺旋，是一個超複雜的蛋白；同時多囊蛋白1與多囊蛋白2還會複合，增加了結構的複雜性。
系統摸索，獲得足夠的測試用量
「解析蛋白質結構的第一步是獲得足夠量且性質均一的蛋白質。」8月11日，論文作者之一的王廷亮博士告訴科技日報記者，「上鏡」前的準備工作耗時5年。
對於結構生物學家來說，測試蛋白經常在量上「捉襟見肘」。蛋白質為人源蛋白，很難直接從人體組織中富集提取而出。研究團隊通過已知的基因序列將基因在原核生物中（例如大腸桿菌）進行克隆，獲得大量基因拷貝後，通過病毒侵染的方法轉入到常用的工具細胞中進行表達，富集目標蛋白質。
為了讓外來基因在「新環境」中表達，研究組進行大量重複性工作，為目標基因（PKD1和PKD2）尋找最優的表達系統。「如通過基因編碼的優化，可提高蛋白的表達量，從而拿到體外重組蛋白質。」王廷亮說。
此時，目標蛋白仍舊在細胞中，下一步是將目標蛋白從複雜的細胞中「釣」出來。大量的提取條件摸索，如嘗試和篩選了大量的去垢劑、確定蛋白邊界等，才能形成「不錯殺一個、不漏網一千」的數量和質量上的平衡。最終，課題組獲得了珍貴稀少的目標蛋白。「50升的細胞只能提取出100微克左右蛋白，只夠完成3—5次『上鏡』製備，符合電鏡數據收集要求的樣品往往只有1到2個。」王廷亮說。
螞蟻搬家，「反推」出高精度三維結構
冷凍電鏡通過發射電子、並測定電子通過蛋白質分子後軌跡變化的方式，達到蛋白質結構A級精度地呈現。其每次掃描的視域非常狹小。因此，蛋白「上鏡」後，需要長時間運轉和巨量信息處理。對於超大結構的蛋白質來說，研究者將收集到倍數增加的大量數據，再通過計算進行結構的再現。
整個蛋白質三維結構的成型猶如螞蟻搬家，在獲得大量多角度二維圖片後，由後期的三維重建系統對圖片數據進行計算和重構，並通過可視化系統形成蛋白質三維結構的示意圖。
通過冷凍電鏡掃描，施一公團隊獲得了多囊蛋白1和多囊蛋白2形成的獨特一比三複合物結構，並對該結構和生化數據進行了進一步分析。
「面目」清晰，提出多囊腎發病機制新觀點
蛋白複合物的清晰面目為假說給出了「鐵證」或「反證」。研究團隊發現了與當下主流學術觀點相悖的多個現象。論文第一作者宿強解釋，「多囊腎研究領域內對這兩個蛋白是否形成鈣離子通道一直存有爭議，解析結構不支持複合物為鈣離子通道的假說。」
該複合物結構也刷新了結構生物學家對電壓門控離子通道類似摺疊「長相」的認識。之前報導的大多數離子通道類似摺疊結構或者是同源四聚體，或者是單鏈的假四次對稱體，這個卻是兩個蛋白組成的一比三的複合物。
「有意思的是，其中一個蛋白自己單獨也能形成四聚體。這種獨特的結構意味著不同的工作機理和調控方式，豐富了結構生物學家對電壓門控離子通道類似摺疊蛋白組裝的理解。」宿強說。
15年前「出題」的論文中猜測多囊蛋白1和多囊蛋白2的「協作」模式有4種，隨著結構的清晰，這些假設將很快有明確答案，給多囊腎病的機制研究帶來有益的參考。（記者 張佳星）
(責編：姜虹羽(實習生)、熊旭)