清华大学教授成果井喷 两个月接连发表Cell，Nature及其子刊等文章

　　

生物通报道：清华大学生科院，卡内基梅隆大学的研究人员发表了题为“Structural basis of dual Ca2+/pH regulation of the endolysosomal TRPML1 channel”的文章，通过冷冻电镜显微技术分析了采用表位标记Nmd3纯化出的酵母细胞内核糖体60S亚基前体复合物的结构，发现了Nmd3在PTC装配中的结构检查点作用，从而为了解这些装配因子在60S核糖体亚基的成熟过程中的功能和机制作用提供了新的信息。

这一研究成果公布在1月23日的Nature Structural & Molecular Biology杂志上，文章的通讯作者为清华大学生科院高宁（Ning Gao）研究员，和卡内基梅隆大学的John L. Woolford。

其中高宁研究员实验室主要研究方向为利用冷冻电镜三维重构技术研究蛋白质的生物合成和降解、核糖体的组装成熟、蛋白翻译的调控等重要生物过程。近期这一实验室解析了一系列原核核糖体成熟因子和核糖体亚基的复合物结构，从结构和功能上阐述了这些成熟因子的生理作用，发表了系列文章，同时也与其他研究人员合作，在Cell，Nature等杂志上解析了多种生物大分子的结构。

真核核糖体的成熟是一个高度复杂的过程，包括核糖体蛋白装配以及rRNA的剪切加工，需要76 snoRNAs和超过200种装配因子的调控。然而绝大多数真核装配因子的结构以及其行使功能的分子机理完全未知。此前高宁研究组报道了位于酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构，确定了近20种装配因子在核糖体上的结合位置及其原子结构。其中重点阐释了两个重要的调控GTP酶Nog2和Nog1的生理功能及其可能的分子机制。

不过除了Nog2和Nog1以外，还有一种关键的装配因子：Nmd3，这三种主要的非重叠因子对于60S亚基前体复合物的组装具有重要意义。最新研究就具体分析了表位标记Nmd3纯化出的酵母细胞核内核糖体60S亚基前体复合物的结构。

这一结构显示复合物属于细胞质60S亚基前体成熟的特定晚期阶段，此时核糖体蛋白uL16，uL10，uL11，eL40和eL41缺失，出现的是核糖体装配因子Nmd3，Lsg1，Tif6和Reh1。其中Nmd3和Lsg1位于肽基转移酶中心（PTC）附近，Nmd3能识别处于近成熟构象的PTC，而Reh1则是定位在多肽通道的出口，C末端插入通道中。

这些研究结果指出了Nmd3在PTC装配中的结构检查点作用，并为了解这些装配因子在60S核糖体亚基的成熟过程中的功能和机制作用提供了新的信息。

高宁研究组去年年底与日本弘前大学合作，报道了细菌中non-stop mRNA在核糖体上的翻译终止状态复合物的高分辨冷冻电镜结构，并揭示了ArfA在non-stop mRNA翻译终止过程中的作用机制。这项研究展示了自然界的一种奇妙的功能模拟机制：具有极大结构柔性的小蛋白可以通过结构模拟来取代mRNA上的三碱基终止密码子的功能。清华大学高宁研究员Nature发表新成果 揭示重要的翻译终止机制

此外，今年年初这一研究组也与北京大学陈雷研究组合作，解析了ATP敏感的钾离子通道（KATP）的中等分辨率（5.6Å）冷冻电镜结构，揭示了KATP组装模式。这项研究解析了KATP蛋白在别构抑制剂药物格列本脲结合状态下的结构，分辨率为5.6Å。该结构清晰的显示了KATP的组装模式，提出了KATP被抗糖尿病药物格列本脲别构抑制以及被PIP2别构激活的可能机制。清华北大两位教授联合发表Cell：ATP敏感性钾通道结构

（生物通：张迪）

作者简介：

高宁

研究员，博士生导师

2000 学士 北京大学生物化学及分子生物学系
2006 博士 纽约州立大学Albany分校生物医学
2006-2008 博士后 Howard Hughes Medical Institute, Wadsworth Center, and Columbia University Medical Center
2008年11月--至今 研究员 清华大学生命科学学院

主要研究领域与方向

运用冷冻电镜三维重构技术和生物化学及分子生物学手段进行生物大分子复合物的结构与功能研究。实验室现有的工作重点包括原核和真核核糖体体内组装的机制和调控以及蛋白翻译的调控机制研究。

原文摘要：

Structural basis of dual Ca2+/pH regulation of the endolysosomal TRPML1 channel

The activities of organellar ion channels are often regulated by Ca2+ and H+, which are present in high concentrations in many organelles. Here we report a structural element critical for dual Ca2+/pH regulation of TRPML1, a Ca2+-release channel crucial for endolysosomal function. TRPML1 mutations cause mucolipidosis type IV (MLIV), a severe lysosomal storage disorder characterized by neurodegeneration, mental retardation and blindness. We obtained crystal structures of the 213-residue luminal domain of human TRPML1 containing three missense MLIV-causing mutations. This domain forms a tetramer with a highly electronegative central pore formed by a novel luminal pore loop. Cysteine cross-linking and cryo-EM analyses confirmed that this architecture occurs in the full-length channel. Structure–function studies demonstrated that Ca2+ and H+ interact with the luminal pore and exert physiologically important regulation. The MLIV-causing mutations disrupt the luminal-domain structure and cause TRPML1 mislocalization. Our study reveals the structural underpinnings of TRPML1's regulation, assembly and pathogenesis.