[发明专利]基于电压依赖性阴离子通道筛选污染物和药物的方法、用途

说明书

技术领域

本发明属于环境医药生物技术领域，涉及电压依赖性阴离子通道及其用途，尤其是利用含有电压依赖性阴离子通道的工程菌筛选环境污染物以及作用在电压依赖性阴离子通道的药物先到分子。

背景技术

电压依赖性阴离子通道(Voltage-dependent anion channel，VDAC)，也称为线粒体穿孔蛋白(mitochondrialporin)，是广泛分布于哺乳动物细胞线粒体外膜上的一种蛋白，亦存在于植物、动物、真菌、原生生物中。VDAC是一种高度保守的线粒体外膜蛋白，含有283个左右的氨基酸残基，但在各种生物中的数量有差异。粗糙脉孢菌只有一种VDAC，酵母存在两种VDAC，一种是由通道构成的，而另一种是非通道构型的。小鼠拥有三种异构体：VDAC1、VDAC2和VDAC3，每种分子大约30kDa。除了几种与膜通透性密切相关的亲脂性化合物，如分子氧、乙醛、短链脂肪酸等之外，所有代谢物出入线粒体均需要通过线粒体外膜上的VDAC。VDAC参与调控细胞生存和死亡。支撑生命基本功能。其活性可能受到Bcl-2调控。抗凋亡蛋白Bcl-xL可以与VDAC相互作用，形成二聚体或者三聚体。每种VDAC均在脂质双分子层形成由跨膜的α螺旋和13个跨膜的β折叠构成的桶状结构。这个β桶围成一个内径2.5-3nm的水性通道，通道在开启状态可允许大小在5kDa以下的非电解质类物质通过。α螺旋的作用可能是调节孔的大小，其动态变化控制VDAC通道的关闭和开启。VDAC是一种离子选择性和电压依赖性兼具的通道。VDAC的闭合非常有效的控制了有机阴离子的移动，包括呼吸的底物、肌酸磷酸盐、ATP、ADP以及Pi。一旦VDAC关闭，将会阻止呼吸作用的底物供应，防止氧化磷酸化中ADP和Pi形成ATP。VDAC参与能量代谢的主要方式是影响ATP、ADP在细胞质与线粒体之间的转运。ATP、ADP的转运必须通过ANT/VDAC转运蛋白复合体(ANT-adenine nucleotide translocator)，ATP在线粒体内是通过呼吸作用合成的，首先合成好的ATP通过ANT穿过线粒体内膜，然后通过与VDAC作用跨过线粒体外膜，最后进入细胞质释放能量，最终形成ADP和Pi，为生命活动提供能量。与之相反的过程，ADP通过转运蛋白复合体依次跨过线粒体外膜、内膜，最终进入线粒体，与前一过程构成一个大的循环。VDAC作为线粒体外膜上的重要蛋白，对于调节细胞能量代谢、维持胞内外钙平衡及调控细胞的凋亡均有十分重要的作用。

VDAC可以作为药物开发的靶标。纤维蛋白原plasminogen kringle5的受体也是VDAC。VDAC1也具有NADH铁氰化化物还原酶(NADH(-ferricyanide)reductase)活性，负责维持细胞氧化还原电势。VDAC2调控促凋亡的分子BAK的活性，通过与其特异性结合，并维持其单体无活性构像，沟通线粒体生理和核心凋亡途径。内皮NO合成酶(endothelial NO synthase，eNOS)也与VDAC相互作用。NO等可以破坏该相互作用。VDAC还与dynein轻链相互作用。这也证明了VDAC参与了膜运输。HIV的病毒蛋白(Viral proteinR，Vpr)促进凋亡，这也通过与VDAC相互作用。

VDAC在好氧代谢中发挥功能。包括HIV，乙肝病毒和流感病毒等传染病的致病菌的分子都能够与VDAC相互作用，通过这种相互作用调控宿主细胞的功能，尤其是凋亡。乙肝病毒的HBX蛋白通过与VDAC相互作用，改变线粒体膜电势，进一步参与肝损伤。细菌的孔蛋白porin，如Neisseria porin在致病菌感染宿主细胞过程中，可以被转位到宿主细胞的线粒体上，并且具有类似宿主线粒体VDAC的功能，依赖电压和核苷酸的结合，调控线粒体的凋亡。阻断Neisseria porin在宿主细胞内的运输，可以抑制致病菌导致的凋亡。流感病毒(influenza virus)的促凋亡蛋白PB1-F2可以特异性与VDAC相互作用，下调宿主的免疫应答功能。Scophthalmus Maximus Rhabdovirus(SMRV)感染可以诱导鱼表达VDAC。感染的病毒可以通过与VDAC相互作用，抑制不利于自己繁殖的宿主细胞的凋亡。

鉴于VDAC的功能多样，而且非常重要。VDAC是异多聚体。其发挥作用需要核心组分和调控因子。因此有必要开发其调控因子类似物。同时，鉴于该分子可以灵敏显示环境中代谢物的种类和浓度变化。因此，可以将其作为环境污染物的指示剂。

发明目的