清華大學(xué)

來自清華大學(xué)的研究人員報(bào)道稱，她們分離出了來自兔骨骼肌的Cav1.1復(fù)合物，并采用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)借助直接電子檢測和先進(jìn)的圖像處理確定了它的結(jié)構(gòu)。獲得這一偽四聚體真核生物Cav通道與其輔助亞基的復(fù)合物的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，為認(rèn)識(shí)相關(guān)通道的功能和疾病機(jī)制提供了重要的框架。這一重要的研究成果發(fā)布在12月18日的《科學(xué)》(Science)雜志上。

清華大學(xué)的顏寧(Nieng Yan)教授是這篇論文的通訊作者。2007年作為普林斯頓大學(xué)博士的顏寧受聘于清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院，成為清華最年輕的教授、博士生導(dǎo)師。在回國的幾年間，顏寧教授研究組主要聚焦于膜蛋白、膽固醇代謝調(diào)控通路相關(guān)因子的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，在Science、Nature、Cell等雜志上發(fā)表多篇重要的論文，并榮獲了中國青年女科學(xué)家獎(jiǎng)、HHMI國際青年科學(xué)家獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

電壓門控Ca2+(Cav)通道可響應(yīng)膜電位改變而激活，啟動(dòng)Ca2+介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。L型高電壓激活Cav通道Cav1.1專門負(fù)責(zé)興奮收縮(E-C)偶聯(lián)，響應(yīng)膜電位變化導(dǎo)致骨骼肌收縮。動(dòng)作電位誘導(dǎo)Cav1.1發(fā)生構(gòu)象改變可激活1型蘭尼堿受體(RyR1)，使得肌漿網(wǎng)釋放出Ca2+，隨后觸發(fā)肌肉收縮。

Cav1.1復(fù)合體由成孔亞基α1和輔助亞基α2δ、β及γ構(gòu)成，輔助亞基調(diào)控了Cav通道的膜運(yùn)輸、電流動(dòng)態(tài)和門控特性。由于與低鉀性周期性麻痹、心律失常和癲癇發(fā)作有關(guān)聯(lián)，Cav通道代表了重要的藥物靶點(diǎn)。巴噴丁類(gabapentinoid)藥物可直接靶向α2δ-1亞基來治療癲癇及神經(jīng)性疼痛等疾病。相比同源四聚體Kv通道，真核生物Cav和Nav通道的α1亞基是由一條單多肽鏈構(gòu)成，形成四個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)域(I -IV)，每個(gè)結(jié)構(gòu)域含6個(gè)跨膜螺旋(S1 -S6)。然而由于Cav和Nav通道尺寸較大、偽對(duì)稱性和高度糖基化阻礙了利用X-射線晶體學(xué)來闡明結(jié)構(gòu)。

在這篇文章中研究人員報(bào)告稱利用融合谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)的β1a從兔骨骼肌膜上純化出了內(nèi)源性Cav1.1復(fù)合物，β1a是Cav1.1獨(dú)有的一個(gè)輔助亞基。采用單顆粒冷凍電鏡(cryo-EM)確定了它的結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)到4.2埃()。通過同源建模、剛體對(duì)接和從頭建模生成了結(jié)構(gòu)模型。她們通過分析孔道結(jié)構(gòu)域特征性的胞外環(huán)、獨(dú)特的序列模式，及質(zhì)譜分析交聯(lián)樣本，鑒別出了α1亞基4個(gè)同源重復(fù)結(jié)構(gòu)域。

作者指出，新研究揭示出了偽四聚體真核生物Cav通道與其輔助亞基的復(fù)合物的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。盡管要在分子水平上了解離子選擇性和電壓門控還需要進(jìn)一步提高分辨率，當(dāng)前的結(jié)構(gòu)分析為了解相關(guān)Cav和Nav通道的功能和疾病機(jī)制提供了重要的框架。在復(fù)合物結(jié)構(gòu)中鑒別出的亞基間交界面為在分子水平上闡明輔助亞基對(duì)α1的調(diào)控奠定了基礎(chǔ)。