程亦凡博士Nature发表突破性成果

　　

生物通报道   来自加州大学旧金山分校的研究人员报告称，他们通过阐明纳米盘中TRPA1的结构揭示了配体和脂质的作用机制。这项研究发布在5月18日的《自然》（Nature）杂志上。

加州大学旧金山分校生物化学和生物物理学副教授程亦凡（Yifan Cheng）博士，以及生理学系主任和教授David Julius博士是篇论文的共同通讯作者。程亦凡是武汉大学1978级的物理系本科生，在武大物理系再获硕士后于1991年获中国科学院物理所获博士。他在欧洲和美国几经周折，改为用物理学方法研究生物学问题，加入结构生物学，近年来在冷冻电镜（cryo-EM）方面取得了突破性成果，受到了广泛的关注。

2015年1月，程亦凡和斯坦福大学的Axel T. Brunger合作领导研究团队利用单颗粒cryo-EM，分析了全长NSF在不同状态下（ATP结合和ADP结合）的结构，分辨率分别达到4.2 Å和7.6 Å。此外，他们还明确了两种20S超复合体（包含不同的SNARE底物）的分子结构，分辨率为7.6 - 8.4 Å。这项研究发表在Nature杂志上（程亦凡博士Nature发表重要成果 ）。

2015年4月，程亦凡领导加州大学旧金山分校的研究人员实现了几年前还被视为是一项不可能完成的壮举，拉开了称作为“芥末受体”（ wasabi receptor）的蛋白质上的帘幕，在近原子分辨率上揭示出了可以被抗炎镇痛药靶向的一些结构。研究论文发布在Nature杂志上（程亦凡博士Nature发布突破性壮举 ）。

同月，Cell杂志刊登了程亦凡博士的两篇文章。这两篇文章由浅入深的介绍了风头正劲的单颗粒冷冻电镜，为想要试水这一技术的新手们提供了入门指南，并且详细介绍了这一技术近年来取得的重要突破（程亦凡博士连发两篇Cell介绍突破性技术 ）。

膜蛋白是一类结构独特的蛋白质，膜蛋白镶嵌于膜脂的特性使这一类蛋白处于细胞与外界的交界部位，介导细胞与外界之间的信号传导，并执行很多基本的和重要的细胞生物学功能。例如，它们构成了各种神经信号分子、激素和其他底物的受体；构成了各种离子跨膜的通道；以及构成呼吸链和转运蛋白。据估计，膜蛋白约占所有序列编码蛋白的1/3，在目前的药物开发中，有近70%的药物靶点为膜蛋白。膜蛋白可分为两种，一种是外周蛋白，一种是内在蛋白。外周膜蛋白一般为水溶性，容易分离、纯化，也较易获得结晶供X射线衍射分析。难于研究的是内在膜蛋白。而当在洗涤剂或其他人工系统中成像内在膜蛋白时，会丢失有关脂质互作及它们对蛋白结构影响的一层重要信息。这尤其与脂质起结构和调节作用的蛋白质相关。

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瞬时感受器电位离子通道蛋白（TRPs）是近年来发现存在于细胞膜或胞内细胞器膜上的非选择性阳离子通道蛋白。TRPA1是目前研究最多、机制较为清楚的TRPV亚家族成员之一，主要存在于背根神经节（DRG）和三叉神经节的较小直径细胞细胞膜中。化学物质如辣椒素和树胶脂毒素均可使其活化。TRPA1除对辣椒素敏感外，伤害性热刺激（＞43℃）和酸（PH＜5.9）也可使其激活。内源性物质，如大麻素类的花生四烯酸乙醇胺和脂氧酶代谢产物等也可激活TRPA1。研究表明，TRPA1通道在痛觉的产生及痛觉敏感性增强的病理发生过程中扮演着重要角色。

在这篇Nature文章中，研究人员证实在了自然的双分子层环境中结合cryo-EM与脂质纳米盘技术解析大鼠TRPV1离子通道结构的能力。采用这种方法，他们确定了环状脂质和调节脂质的定位，证实通过形成一种三元复合物，特异的磷脂互作促进了一种蜘蛛毒素结合TRPV1。此外，磷脂酰肌醇脂质占据了辣椒素和其他香草酸配体的这一结合位点，表明化学或热刺激借助这一机制促进生物活性脂质从一个关键的变构调控位点上释放出来引起了通道激活。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

TRPV1 structures in nanodiscs reveal mechanisms of ligand and lipid action

When integral membrane proteins are visualized in detergents or other artificial systems, an important layer of information is lost regarding lipid interactions and their effects on protein structure. This is especially relevant to proteins for which lipids have both structural and regulatory roles. Here we demonstrate the power of combining electron cryo-microscopy with lipid nanodisc technology to ascertain the structure of the rat TRPV1 ion channel in a native bilayer environment. Using this approach, we determined the locations of annular and regulatory lipids and showed that specific phospholipid interactions enhance binding of a spider toxin to TRPV1 through formation of a tripartite complex. Furthermore, phosphatidylinositol lipids occupy the binding site for capsaicin and other vanilloid ligands, suggesting a mechanism whereby chemical or thermal stimuli elicit channel activation by promoting the release of bioactive lipids from a critical allosteric regulatory site.