冷冻电镜解析小电导 Ca2+激活 KCa2.2 通道结构，解锁离子通道奥秘

为探究小电导 Ca2+激活 K+（KCa2.x）通道的特性及药理机制，研究人员利用冷冻电镜技术解析 KCa2.2 通道结构。结果揭示其独特孔道特征及与抑制剂结合模式，为理解该通道功能和研发相关药物奠定基础。

　　在生命科学的微观世界里，离子通道如同精密的 “分子阀门”，掌控着细胞内外离子的流动，对维持生命活动的正常运转起着关键作用。小电导 Ca²⁺激活 K⁺（K_Ca2.x，也称为 SK）通道便是其中重要的一员，它在调节神经元和心脏兴奋性方面扮演着不可或缺的角色。然而，尽管其生理和医学意义重大，但此前一直缺乏高分辨率的结构信息，这就如同在黑暗中摸索，限制了人们对其功能和作用机制的深入理解。

为了打破这一困境，来自美国查普曼大学药学院、日本京都大学医学院、美国东北大学药学院等多个研究机构的研究人员携手合作，开展了一项具有开创性的研究。他们将目光聚焦于 K_Ca2.2 通道，致力于解析其结构，揭示其功能奥秘。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为离子通道领域的研究开辟了新的道路。

在此次研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。其中，单颗粒冷冻电镜技术（cryo-EM）是重中之重，它如同一个微观世界的 “放大镜”，帮助研究人员获得了 K_Ca2.2 通道在不同状态下的高分辨率结构。同时，定点突变技术、分子动力学模拟（MDS）以及电生理研究方法相互配合，从不同角度对 K⁺渗透、单位电导以及药物结合模式等进行了深入探究，为全面解析 K_Ca2.2 通道的功能提供了有力支持。

Ca²⁺结合的 apo_K_Ca2.2/CaM 复合物的结构：研究人员通过纯化全长大鼠 K_Ca2.2 与大鼠 CaM 在 2 mM Ca²⁺存在下的复合物，并利用 cryo-EM 单颗粒重建技术，获得了分辨率为 3.18 ? 的 Ca²⁺结合的 apo_K_Ca2.2/CaM 复合物的 3D cryo-EM 图。该复合物包含四个 K_Ca2.2 亚基和四个 CaM 分子，呈现四聚体对称结构。通过结构分析发现，K_Ca2.2 与中间电导 Ca²⁺激活的 K_Ca3.1 通道在 Ca²⁺/CaM 门控机制上具有相似性，这一发现为深入理解 K_Ca2.x 通道的激活机制提供了重要线索。

Ca²⁺结合的 apo_K_Ca2.2/CaM 复合物独特的外孔结构：apo_K_Ca2.2 的 S3-S4 环形成 β - 发夹结构，四个 S3-S4 β - 发夹在选择性滤器上方形成外冠，其顶端的 Phe244 残基构成芳香盒。S3-S4 β - 发夹通过亚基间氢键与选择性滤器相连，这种连接方式导致选择性滤器中的关键酪氨酸（Tyr362）翻转 180°，使外选择性滤器变宽，水进入滤器，部分水化 S2 处的 K⁺。研究人员通过突变实验和电生理研究证实，S3-S4 环与选择性滤器的相互作用对 K_Ca2.2 的小单位电导具有重要影响。

K_Ca2.2/CaM 与阻滞剂 UCL1684 结合的结构：为了探究 K_Ca2.x 通道的药理抑制机制，研究人员对 K_Ca2.2/CaM 与抑制剂 UCL1684 结合的复合物进行了结构解析。cryo-EM 结果显示，UCL1684 结合在通道外冠上方，靠近芳香盒开口处，通过与 Phe244 等残基相互作用，阻塞通道。电生理和突变实验进一步验证了这一结合模式，为理解 UCL1684 对 K_Ca2.2 通道的抑制作用提供了结构基础。

K_Ca2.2/CaM 与抑制剂 AP14145 结合的结构：AP14145 是一种 K_Ca2.2 通道的负向门控调节剂，研究人员解析了其与 K_Ca2.2/CaM 结合的复合物结构。结果表明，AP14145 结合在选择性滤器下方的中央腔附近，通过与 Ser359 和 Ala384 等残基相互作用，诱导内门关闭，从而抑制通道活性。这一发现为理解 AP14145 的作用机制以及开发新型 K_Ca2.2 通道抑制剂提供了重要依据。

在研究结论和讨论部分，研究人员总结了 K_Ca2.2 通道的独特结构特征及其与功能和药理学的关系。K_Ca2.2 通道外孔的独特结构是其小单位电导的重要决定因素，而 UCL1684 和 AP14145 等抑制剂与通道的结合模式为理解其药理作用提供了清晰的模型。此外，研究还发现，K_Ca2.x 通道家族成员之间可能具有相似的外孔结构特征，这为进一步研究其他 K_Ca2.x 通道的功能和药理学提供了方向。同时，研究人员也指出，与其他已报道的 K⁺通道相比，K_Ca2.2 通道在结构和功能上存在显著差异，这些差异有助于解释其独特的生理和药理特性。

总的来说，这项研究成功解析了 K_Ca2.2 通道的高分辨率结构，揭示了其独特的结构特征、离子传导机制以及与抑制剂的结合模式，为深入理解 K_Ca2.x 通道的功能和药理学提供了重要基础，也为开发治疗相关疾病（如心房颤动等）的新型药物开辟了新的途径，在生命科学和医学领域具有重要的理论和实践意义。**<