包春燕、曲大辉等光驱动分子马达离子跨膜运输最新进展

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细胞膜上离子的转运与许多生命活动息息相关，钾离子的转运在调节神经递质释放、胰岛素分泌、平滑肌收缩、细胞增殖和凋亡等方面发挥重要作用。例如，癌细胞内钾离子的外流是癌细胞发生凋亡的特征之一。因此，高效的钾离子人工离子传输体系有望用作药物实现癌症治疗。
      近日，我校化学与分子工程学院包春燕教授和曲大辉教授合作，利用光驱动分子马达模拟天然转运蛋白的结构和功能，实现了高效、光可控、钾离子选择性的跨膜运输，并实现了癌细胞选择性，能通过促使癌细胞内的K+快速外流，引发caspase依赖的细胞凋亡。相关成果以“A Light-Driven Molecular MachineControls K+ Channel Transport and Induces Cancer Cell Apoptosis”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition上（DOI：10.1002/anie.202204605）。

       受自然界利用生物分子机器转运物质的启发，在该项研究中，研究者创新性地提出一种以光驱动的马达为核心结构的人工离子转运体结构，通过识别基团的接力传递和光驱动马达的旋转运动实现K+的高效跨膜传输。研究表明，整个分子可以垂直插入并横跨脂质膜形成稳定的K+通道，在紫外光照射下，马达在磷脂膜内的旋转运动可提供额外的能量，加速离子的跨膜转运。结合分子动力学理论计算，可以推测马达分子通过膜外离子抓捕、游入磷脂膜、接力传输和游出释放离子的一系列过程实现离子的跨膜传输。细胞实验证明，所设计的马达分子能有效作用于癌细胞膜，通过光驱动马达旋转促进胞内钾离子外流，从而引发caspase依赖的癌细胞凋亡。该工作为推进人工离子传输体系实现癌症和人类其它疾病的治疗提供新的契机。
       论文由费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心博士生杨会婷和硕士生易瑾昊在包春燕教授、曲大辉教授共同指导下完成，其中大量的理论计算部分由特聘研究员练成所在团队完成，并获得了田禾院士、朱麟勇教授和杨弋教授的大力支持和悉心指导。该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科技重大项目以及“111计划”等资金的支持。
         原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202204605
         文章来源：华东理工大学
       曲大辉教授于2000年7月在青岛大学获得学士学位，2003年3月在华东理工大学获得硕士学位(导师:苏建华教授)，2006年3月在华东理工大学获得博士学位(导师:田禾院士) ; 2006年7月至2009年1月在荷兰格罗宁根大学从事博士后研究(合作导师: 2016年诺贝尔化学奖得主伯纳德▪费林加院士)，2009年4月起加入华东理工大学化学与分子工程学院，先后任副教授、教授。2016年3月，任化学与分子工程学院副院长。2019年4月任化学与分子工程学院院长。目前兼任教育部结构可控先进功能材料及其制备重点实验室常务副主任、教育部结构可控分子工程国际合作联合实验室副主任、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心副主任等。曲大辉教授主要从事有机光电功能材料、超分子化学、分子机器等研究,先后在Chem.Rev., Science, Chem, Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed, Adv.Mater, Chem. Sci.等国际著名期刊上发表论文90余篇，被SCIE引用3500余次。曾先后获得2008年度全国百篇优秀博士学位论文、2010年. 上海市浦江人才计划、2010年度霍英东教育基金会第十二届高等院校青年教师基金、2018年度教育部青年长江学者、2019年.上海市优秀学科带头人等。
      包春燕，女，1979年03月出生于江苏启东，2001年于吉林大学化学系获得学士学位，同年保送入吉林大学化学学院硕/博研究生，师从赵英英、卢然、刘国发教授， 2006年七月于吉林大学化学学院获得理学博士。随后于2006年9月至2008年8月，包春燕博士到法国波尔多第一大学的欧洲化学与生物研究所（IECB），著名的超分子化学家，Ivan Hu教授研究组从事有关超分子折叠体的博士后科研工作。 包春燕博士于2008年9月份回国并受聘于华东理工大学化学与分子工程学院副教授、硕士生导师。包春燕博士的研究工作涉及到有机合成和光响应纳米材料以及超分子自组装材料化学；她在国际主流杂志（Angew. Chem. Int. Ed）等专业杂志共发表了近30篇文章。