清华大学颜宁教授Science再发重要新成果

　　

生物通报道  来自清华大学的研究人员报道称，她们分离出了来自兔骨骼肌的Cav1.1复合物，并采用单颗粒冷冻电镜技术借助直接电子检测和先进的图像处理确定了它的结构。获得这一伪四聚体真核生物Cav通道与其辅助亚基的复合物的详细结构，为认识相关通道的功能和疾病机制提供了重要的框架。这一重要的研究成果发布在12月18日的《科学》（Science）杂志上。

清华大学的颜宁（Nieng Yan）教授是这篇论文的通讯作者。2007年作为普林斯顿大学博士的颜宁受聘于清华大学医学院，成为清华最年轻的教授、博士生导师。在回国的几年间，颜宁教授研究组主要聚焦于膜蛋白、胆固醇代谢调控通路相关因子的结构生物学研究，在Science、Nature、Cell等杂志上发表多篇重要的论文，并荣获了中国青年女科学家奖、HHMI国际青年科学家奖等奖励（延伸阅读：清华大学颜宁教授最新综述文章：聚焦葡萄糖转运蛋白 ）。

电压门控Ca2+(Cav)通道可响应膜电位改变而激活，启动Ca2+介导的细胞信号级联反应。L型高电压激活Cav通道Cav1.1专门负责兴奋收缩（E-C）偶联，响应膜电位变化导致骨骼肌收缩。动作电位诱导Cav1.1发生构象改变可激活1型兰尼碱受体(RyR1)，使得肌浆网释放出Ca2+，随后触发肌肉收缩。

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Cav1.1复合体由成孔亚基α1和辅助亚基α2δ、β及γ构成，辅助亚基调控了Cav通道的膜运输、电流动态和门控特性。由于与低钾性周期性麻痹、心律失常和癫痫发作有关联，Cav通道代表了重要的药物靶点。巴喷丁类(gabapentinoid)药物可直接靶向α2δ-1亚基来治疗癫痫及神经性疼痛等疾病。相比同源四聚体Kv通道，真核生物Cav和Nav通道的α1亚基是由一条单多肽链构成，形成四个重复结构域(I -IV)，每个结构域含6个跨膜螺旋(S1 -S6)。然而由于Cav和Nav通道尺寸较大、伪对称性和高度糖基化阻碍了利用X-射线晶体学来阐明结构。

在这篇文章中研究人员报告称利用融合谷胱甘肽S-转移酶(GST)的β1a从兔骨骼肌膜上纯化出了内源性Cav1.1复合物，β1a是Cav1.1独有的一个辅助亚基。采用单颗粒冷冻电镜(cryo-EM)确定了它的结构，分辨率达到4.2埃（Å）。通过同源建模、刚体对接和从头建模生成了结构模型。她们通过分析孔道结构域特征性的胞外环、独特的序列模式，及质谱分析交联样本，鉴别出了α1亚基4个同源重复结构域。

作者指出，新研究揭示出了伪四聚体真核生物Cav通道与其辅助亚基的复合物的详细结构。尽管要在分子水平上了解离子选择性和电压门控还需要进一步提高分辨率，当前的结构分析为了解相关Cav和Nav通道的功能和疾病机制提供了重要的框架。在复合物结构中鉴别出的亚基间交界面为在分子水平上阐明辅助亚基对α1的调控奠定了基础。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structure of the voltage-gated calcium channel Cav1.1 complex

The voltage-gated calcium channel Cav1.1 is engaged in the excitation-contraction coupling of skeletal muscles. The Cav1.1 complex consists of the pore-forming subunit α1 and auxiliary subunits α2δ, β, and γ. We report the structure of the rabbit Cav1.1 complex determined by single-particle cryo–electron microscopy. The four homologous repeats of the α1 subunit are arranged clockwise in the extracellular view. The γ subunit, whose structure resembles claudins, interacts with the voltage-sensing domain of repeat IV (VSDIV), whereas the cytosolic β subunit is located adjacent to VSDII of α1. The α2 subunit interacts with the extracellular loops of repeats I to III through its VWA and Cache1 domains. The structure reveals the architecture of a prototypical eukaryotic Cav channel and provides a framework for understanding the function and disease mechanisms of Cav and Nav channels.