細胞膜蛋白是目前主要的藥物靶，並且是新型治療方法研究的重點對象。超過60%的FDA核准藥物作用於膜蛋白。然而，膜蛋白的結構與功能常受到純化和檢測過程中環境的影響，為當前的研究帶來了巨大的挑戰。本實驗室致力於開發新方法，通過直接從細胞中提取細胞膜泡來製作細胞膜平台，並藉驅膜蛋白在細胞膜平台中進行移動，以完成收集純化。在目標蛋白移動或收集到適當位置後，其結構以及和藥物的反應可由整合進平台的檢測器來進行後續檢測。這種方法可確保膜蛋白及在整個樣本製備過程，直到進行結構鑑定或藥物檢測，都保持在其原生脂質膜環境中，從而最大程度地保留其結構與功能的完整性，讓鑑定或檢測結果更為準確，以縮減藥物發展所需的時程。在本研究中，我們成功開發了細胞膜電泳技術，通過調節緩衝液的pH值和離子強度，顯著將含有12個α螺旋的穿膜蛋白—葡萄糖轉運蛋白1的電泳動度提升了102倍，使其能夠在原生環境中進行快速的分離與濃縮(如圖1所示)。我們還發展了力學模型，探討了電泳動度如何受到膜內阻力、電滲流推力和施加電場的影響。模型預測結果與本研究中在不同pH值和離子強度下實驗測得的穿膜蛋白電泳運動度相符。此外，使用此模型預測的幾種脂質探針、脂質錨定蛋白質和重組膜蛋白的電泳動度，也與先前研究中實驗測得的數據吻合。綜合結果顯示，該模型能夠預測各類不同大小與電荷性質的穿膜蛋白電泳動度及其有效操作條件範圍，為該技術在膜蛋白的濃縮和分離方面提供了廣泛應用的潛力。據我們所知，這是首次展現在細胞膜平台中快速收集天然多跨膜蛋白（multipass transmembrane proteins）的例子，且該過程僅需數分鐘即可完成。由於施加電場可能會引起電解反應，進而產生焦耳熱效應和pH波動，這一快速收集過程對於維持典型跨膜蛋白的活性至關重要。此開發的模型與力學分析方法，可為研究人員或醫藥產業在針對各類大小不同的膜蛋白來設計收集方式時，提供有效的指引和方法。（化工系趙玲教授提供） 圖1. 螢光影像顯示在適當水溶液環境條件下，葡萄糖轉運蛋白1複合體(紅色)和螢光脂質Fast-DiO(綠色)於電泳前後在細胞膜內的分佈，展示它們能在短時間內被分開至膜平台兩側。比例尺：10 μm。
細胞膜蛋白是目前主要的藥物靶，並且是新型治療方法研究的重點對象。超過60%的FDA核准藥物作用於膜蛋白。然而，膜蛋白的結構與功能常受到純化和檢測過程中環境的影響，為當前的研究帶來了巨大的挑戰。本實驗室致力於開發新方法，通過直接從細胞中提取細胞膜泡來製作細胞膜平台，並藉驅膜蛋白在細胞膜平台中進行移動，以完成收集純化。在目標蛋白移動或收集到適當位置後，其結構以及和藥物的反應可由整合進平台的檢測器來進行後續檢測。這種方法可確保膜蛋白及在整個樣本製備過程，直到進行結構鑑定或藥物檢測，都保持在其原生脂質膜環境中，從而最大程度地保留其結構與功能的完整性，讓鑑定或檢測結果更為準確，以縮減藥物發展所需的時程。在本研究中，我們成功開發了細胞膜電泳技術，通過調節緩衝液的pH值和離子強度，顯著將含有12個α螺旋的穿膜蛋白—葡萄糖轉運蛋白1的電泳動度提升了102倍，使其能夠在原生環境中進行快速的分離與濃縮(如圖1所示)。我們還發展了力學模型，探討了電泳動度如何受到膜內阻力、電滲流推力和施加電場的影響。模型預測結果與本研究中在不同pH值和離子強度下實驗測得的穿膜蛋白電泳運動度相符。此外，使用此模型預測的幾種脂質探針、脂質錨定蛋白質和重組膜蛋白的電泳動度，也與先前研究中實驗測得的數據吻合。綜合結果顯示，該模型能夠預測各類不同大小與電荷性質的穿膜蛋白電泳動度及其有效操作條件範圍，為該技術在膜蛋白的濃縮和分離方面提供了廣泛應用的潛力。據我們所知，這是首次展現在細胞膜平台中快速收集天然多跨膜蛋白（multipass transmembrane proteins）的例子，且該過程僅需數分鐘即可完成。由於施加電場可能會引起電解反應，進而產生焦耳熱效應和pH波動，這一快速收集過程對於維持典型跨膜蛋白的活性至關重要。此開發的模型與力學分析方法，可為研究人員或醫藥產業在針對各類大小不同的膜蛋白來設計收集方式時，提供有效的指引和方法。（化工系趙玲教授提供）
圖1. 螢光影像顯示在適當水溶液環境條件下，葡萄糖轉運蛋白1複合體(紅色)和螢光脂質Fast-DiO(綠色)於電泳前後在細胞膜內的分佈，展示它們能在短時間內被分開至膜平台兩側。比例尺：10 μm。