人源多功能转运蛋白 BTR1 的冷冻电镜结构及其转运机制

本研究通过冷冻电镜和电生理学等方法，系统阐明了SLC4家族成员BTR1的多功能转运特性及其结构基础，揭示了其在氨、钠离子和质子转运中的独特机制，并确定了关键的调控位点和功能残基。

要点总结：

结构与构象： 成功解析了BTR1在多种缓冲条件和pH值下的13种构象状态（主要为内向开放和外向开放构象），发现其以同源二聚体形式存在，且其胞质域与跨膜区紧密耦联，结构上显著区别于NDCBE和Band 3等其他SLC4家族成员。

多底物转运能力：证明BTR1是氨(NH₃)的有效转运蛋白，同时也可转运钠离子(Na⁺)和质子(H⁺)。其功能模式取决于底物环境：无氨条件下，表现为Na⁺依赖的[H⁺]/[OH⁻]转运；有氨（特别是NH₃）存在时，则作为NH₃转运蛋白，且Na⁺能增强其转运效率。

调控机制： pH值能调控其构象转换，碱性环境促进外向开放构象。磷脂PIP₂在跨膜区的结合参与调控构象转换和功能。铵盐(NH₄Cl)和钠离子能影响并稳定其外向开放构象。

转运动力学与关键残基：分子动力学模拟表明，不同底物（Na⁺、H⁺、NH₃）的转运能量路径和效率存在差异（H⁺> Na⁺>NH₃），并揭示了转运过程中关键残基（如F399、E572、L579、L575）的动态构象变化以促进底物通过。点突变实验进一步确认了T410、Q414、T434、T435和H719等残基在底物结合与转运中的关键作用，其中T434A和T435A突变几乎完全丧失NH₃转运功能。

病理关联：BTR1的功能障碍与多种角膜内皮营养不良（如CHED、FECD）及可能的听力、神经系统疾病相关，其结构与转运机制的阐明为理解相关疾病的病理机制及潜在治疗靶点提供了重要基础。

研究意义：

该研究整合结构、功能和计算模拟分析，不仅详细描绘了BTR1的多功能转运机制，也拓展了对SLC4转运蛋白家族底物识别与转运模式的理解，为干预相关疾病提供了新的理论依据。

该研究揭示了BTR1的结构与双重转运机制：其既可作为钠离子依赖型质子/氢氧根离子转运蛋白，又能作为钠离子增强型氨转运蛋白发挥作用。