北京大学王克威课题组发表《Nature Neuroscience》文章（图）

　　

北京大学基础医学院王克威教授领导的课题组对辅助亚基调节钾通道的结构基础和分子机理的研究取得可喜进展。该研究描述了与神经元和心肌细胞电活动密切相关的一类辅助亚基KChIP和其中一种钾离子通道Kv4α-亚基相互作用的分子机制，相关成果以Article形式发表在12月24日出版的国际权威学术期刊《Nature　Neuroscience》（2006，9（12），影响因子为15.456）。

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柴继杰实验室在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）在线发表题为“Structural basis for modulation of Kv4 K+ channels by auxiliary KChIP subunits”的文章(2006年12月24日在线), 本文确定了快速失活型电压门控K+通道Kv4.3 胞内调节区与其天然调节亚基KChIP1复合体的结构并初步研究了复合物功能的生物物理学特性。

快速失活型电压门控K+通道Kv4对神经元或心肌细胞动作电位的幅度、时程和放电频率发挥着重要的精细调节作用。KChIPs是Kv4通道的天然辅助b亚基，对Kv4通道在细胞膜上的表达、通道的和药理学特征等有重要的调节作用。研究KChIPs对Kv4的调节机制可以帮助理解Kv4在天然状态下如何发挥其功能特性这一重要问题。

本研究通过X-线晶体衍射手段并解析了3.2埃精度的Kv4.3-N/KChIP1复合体原子结构。从局部结构看每个KChIP1分子表面的沟状疏水区域通过疏水作用，捕获通道四聚体中的一个Kv4.3分子的N-末端疏水性的a螺旋形成第一个相互作用区；同时，这个KChIP1分子通过疏水作用和盐桥与相邻的另一个Kv4.3 分子的T1结构域的数个残基形成第二个相互作用区。整个复合体呈现四个KChIP1分子和Kv4.3分子四聚体组成的，由每个KChIP1分别钳住Kv4.3分子四聚体中两个Kv4.3分子的结构形式。此外，根据Kv4.3-N/KChIP1复合体结构特点，结合生化、分子生物学、电生理学和生物物理学等研究方法，提出了KChIPs是通过与Kv4分子形成的这种钳状结构稳定了组成通道的Kv4分子四聚体，从而调节Kv4通道的部分电生理特性的作用模型。并使基于此的以减弱或增强Kv4、KChIP蛋白间的相互作用为目的的药物设计以及减弱或增强通道四聚体稳定性治疗手段提供了可能。

The overall architecture of the KChIP1-Kv4.3N complex.

研究采用共表达技术，在大肠杆菌中表达Kv4.3-N/KChIP1复合体并通过阴离子交换层析和分子筛等方法应用快速液相层析纯化蛋白复合体。经过不断的优化表达和纯化条件，得到了可用于结晶的高质量蛋白样品。在尝试了各种结晶条件后，最终得到衍射率达3.2埃的蛋白晶体并据此解析出复合体的结构。根据结构，本研究设计了各种突变的Kv4.3与KChIP1通道复合体并通过细胞生物化学方法在非洲爪蟾卵母细胞中表达出有功能的K+通道。最后，应用双电极电压钳等电生理学手段记录了各种突变的KChIP1/Kv4.3符合体通道的生物物理学性质。

文章的第一作者是北京生命科学研究所的王华翌（在读博士）和北京大学神经科学研究所的阎焰（学生），通讯作者为北京生命科学研究所的柴继杰博士和北京大学神经科学研究所王克威博士；此外本所的沈玥（技术员）、陈琳洁（学生），北京大学神经科学研究所的黄燕华（技术员）、陈怡(学生)，康乃尔大学高能同步辐射中心的郝权博士、liuqun和Yang Qiuyue 也参与了部分工作。

从左至右： 陈琳洁、王华翌、柴继杰博士

这篇文章的工作是受科技部863项目和北京市政府资助在北京生命科学研究所完成的。本课题由北京生命科学研究所和北京大学神经科学研究所联合完成。北京生命科学研究所完成蛋白分离、纯化、结晶、结构分析和生化实验。北京大学神经科学研究所完成电生理实验。康乃尔大学高能同步辐射中心在衍射数据收集及结构模型的确定提供了帮助。