无细胞膜系统揭示TMEM165及疾病相关CaCA2变异体中离子转运的静电调控

细胞内膜上的离子转运对于维持细胞稳态至关重要，但在天然细胞中解析细胞器转运机制仍然十分困难。在此，我们建立了一种无细胞膜系统，用于在化学条件明确的环境下研究全长细胞内转运蛋白。利用无细胞蛋白质合成技术，我们在膜中合成人高尔基体转运蛋白 TMEM165 及其酵母同源蛋白 GDT1，并通过荧光和电化学测量对其进行分析。该平台能够对蛋白质种类、离子组成以及跨膜 pH 梯度进行精确调控。TMEM165 的转运受 pH 梯度调节，这与质子偶联转运机制相一致；该机制受到转运通路静电环境的影响。破坏一个保守酸性残基会降低其对 pH 的敏感性、扩大离子通透性范围，并改变稳态转运行为，表明其质子偶联和选择性均受到损害。这些发现揭示了保守酸性残基是调控 TMEM165 功能的关键因素。更广泛而言，本研究建立了一种在定义明确的合成系统中重构细胞器膜蛋白、解析疾病机制并工程化调控转运功能的策略。

细胞内膜上的离子转运对于维持细胞稳态至关重要，然而，在天然细胞中解析细胞器转运机制仍然十分困难。在本研究中，我们建立了一种无细胞膜系统，用于在限定的化学条件下研究全长细胞内转运蛋白。利用无细胞蛋白质合成技术，我们在膜中合成了人高尔基体转运蛋白TMEM165及其酵母同源蛋白GDT1，并通过荧光和电化学测量对其进行了分析。该平台能够对蛋白质种类、离子组成以及跨膜pH梯度进行调控。TMEM165的转运活性受pH梯度调节，这与质子偶联转运机制相一致；该机制受到转运通路静电环境的影响。破坏一个保守酸性残基后，蛋白质对pH的敏感性降低，离子通透性范围扩大，稳态转运行为发生改变，表明其质子偶联能力和选择性均受到损害。这些发现表明，保守酸性残基是调控TMEM165功能的关键因素。更广泛而言，本研究建立了一种在限定的合成系统中重构细胞器膜蛋白、解析疾病机制并工程化设计转运功能的策略。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.16.752219v1?rss=1

🏷️ TMEM165离子转运 无细胞膜系统 质子偶联转运 静电调控 跨膜蛋白 疾病相关变异体