膜蛋白在細胞的許多生命活動中發(fā)揮著重要作用，例如物質(zhì)跨膜運輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。由于膜蛋白存在疏水性的跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD），重組膜蛋白表達往往存在表達量低、構(gòu)象不穩(wěn)定的難點。

無細胞蛋白表達（CFPS）是一種體外直接合成蛋白質(zhì)的生物反應(yīng)。該技術(shù)將細胞內(nèi)合成蛋白所需要的RNA聚合酶、核糖體及轉(zhuǎn)錄翻譯輔助因子等分子機器提取出來，并輔以核苷酸、氨基酸、能量物質(zhì)及基因模板，在沒有活細胞參與的體外合成蛋白質(zhì)。

CFPS可控性、開放性高，可以在體系中直接添加去垢劑或納米盤，為膜蛋白提供類膜環(huán)境，從而實現(xiàn)全長膜蛋白可溶性表達。

圖1 無細胞體系表達膜蛋白^[1]

圖2 CFPS+Nanodisc表達情況

圖3 CFPS+Nanodisc組裝情況

圖4 Nanodisc結(jié)構(gòu)示意圖^[2]

Nanodisc體系的顯著優(yōu)勢在于：

①Nanodisc能夠提供與天然細胞膜更接近的磷脂雙分子層環(huán)境，有利于膜蛋白形成正確的天然構(gòu)象；

②Nanodisc更有利于維持膜蛋白構(gòu)象穩(wěn)定，有利于下游純化；

③組裝在Nanodisc中的膜蛋白更有利于下游研究，可直接進行ELISA檢測，可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)，適用于NMR、EPR等各種技術(shù)；

④通過靈活使用不同長度的膜支架蛋白，Nanodisc可以適應(yīng)不同尺寸的膜蛋白。

無細胞體系允許膜蛋白表達與組裝進Nanodisc同時進行。珀羅汀生物通過在無細胞體系中直接加入Nanodisc，已實現(xiàn)表達出的膜蛋白直接組裝在納米盤中。與基于細胞系統(tǒng)的Nanodisc平臺相比，無細胞表達偶聯(lián)Nanodisc組裝的方案避免了在表達后用去垢劑溶解膜蛋白的額外流程，減少了對膜蛋白構(gòu)象的影響，大大降低了膜蛋白純化難度。

從此，對于中國生命科學(xué)研究者而言，膜蛋白表達不再被卡脖子！

[1] Manzer ZA, Selivanovitch E, Ostwalt AR, Daniel S. Membrane protein synthesis: no cells required. Trends Biochem Sci. 2023 Jul;48(7):642-654. doi: 10.1016/j.tibs.2023.03.006. Epub 2023 Apr 20. PMID: 37087310.

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