清华大学三位研究生发表Nature文章

结构生物学带来越来越多的惊喜，来自清华大学生科院的研究人员报道了迄今为止分辨率最高的线粒体呼吸链超级复合物—呼吸体的冷冻电镜三维结构。文章第一作者为清华大学生科院五年级直博生谷金科，三年级博士生吴萌，和二年级研究生郭润域。

　　

生物通报道：结构生物学带来越来越多的惊喜，来自清华大学生科院的研究人员发表题为“The architecture of the mammalian respirasome”的最新成果，在之前研究的基的础上报道了分辨率为5.4 Å，大小为1.7MD（megadalton）的猪心脏呼吸链复合物 SCI₁III₂IV₁ 冷冻电镜结构，这是迄今为止分辨率最高的线粒体呼吸链超级复合物—呼吸体的冷冻电镜三维结构。

这一研究成果公布在9月21日Nature在线版上，文章通讯作者为清华大学杨茂君（Maojun Yang）教授与高宁（Ning Gao）研究员，第一作者为清华大学生科院五年级直博生谷金科，三年级博士生吴萌，和二年级研究生郭润域。

线粒体作为真核细胞的重要“能量工厂”，是细胞进行呼吸作用的场所，呼吸作用包括柠檬酸循环和氧化磷酸化两个过程，其中氧化磷酸化过程的电子传递链（又称线粒体呼吸链）位于线粒体内膜上，由四个相对分子量很大的跨膜蛋白复合体(I、II、III和IV)、介于I/II与III之间的泛醌以及介于III与IV之间的细胞色素c共同组成。哺乳动物中丰度最高、最为重要的呼吸体是由1个CI，1个CIII的二聚体和1个CIV组成的，即I₁III₂IV₁，但科学家们对于这一结构的精确排列并不清楚。

在这项研究中，研究人员经过多次实验，获得了结构稳定，均一性好的呼吸体超级复合物，利用单颗粒三维重构的方法最终获得了整体5.4Å的近原子分辨率结构，其中复合物I和复合物III的分辨率达到3.97Å。从中研究人员发现在CI与CIII的跨膜区有一个缝隙，很可能是辅酶Q储存和流动的场所，辅酶Q被限制在这一区域会极大地提高CI与CIII之间电子传递的效率。CIV与CI之间没有直接的电子传递载体的交流，而CIV和CIII中结合细胞色素c的位点都位于线粒体膜间隙且在同一平面上且之间的距离非常接近，这样的结构特点会促进CIII与CIV之间细胞色素c的交流。

此外，研究人员还进一步验证了序列小分子化合物对呼吸体超级复合物的特异调节作用，为进一步的药物开发奠定了良好的基础。

去年杨茂君研究组等人同样也在Nature杂志上发表文章，确定了哺乳动物机械敏感性Piezo1通道的结构。他们通过结合蛋白质工程、X-射线晶体学、单颗粒冷冻电子显微镜及活细胞免疫染色，获得了分辨率为4.8埃（Å）的全长（2,547个氨基酸）小鼠Piezo1 (Piezo1)的结构。由此提供了有关这类新型机械敏感性离子通道离子传导及门控机制的一些重要见解。清华大学Nature发布离子通道研究新成果

近期清华大学接连发表结构生物学领域的重要成果，如清华大学生命中心颉伟研究组和清华大学医学院那洁研究组首次报道了哺乳动物组蛋白修饰从如何从亲代传递到子代的，以及早期胚胎发育中组蛋白修饰遗传和重编程的模式和分子机制。最新Nature：清华大学和同济大学各发文解析表观遗传

颜宁研究组在3.6 Å的标称分辨率上，解析了兔Cav1.1复合物的冷冻电子显微镜结构。离子导电α1亚基的内闸门是关闭的，所有四个电压传感结构域都采用一个“向上”的构造，这意味着一个潜在失活的状态。孔结构域延长的胞外环，是由多个二硫键稳定的，在选择性过滤器上面形成一个窗口化的圆顶。圆顶的一面为α2δ-1-亚基提供停靠的站点，而另一面则可能通过其表面负电位吸引阳离子。清华大学颜宁教授Nature发表重要成果

原文摘要：

The architecture of the mammalian respirasome

The respiratory chain complexes I, III and IV (CI, CIII and CIV) are present in the bacterial membrane or the inner mitochondrial membrane and have a role of transferring electrons and establishing the proton gradient for ATP synthesis by complex V. The respiratory chain complexes can assemble into supercomplexes (SCs), but their precise arrangement is unknown. Here we report a 5.4 Å cryo-electron microscopy structure of the major 1.7 megadalton SCI1III2IV1 respirasome purified from porcine heart. The CIII dimer and CIV bind at the same side of the L-shaped CI, with their transmembrane domains essentially aligned to form a transmembrane disk. Compared to free CI, the CI in the respirasome is more compact because of interactions with CIII and CIV. The NDUFA11 and NDUFB9 supernumerary subunits of CI contribute to the oligomerization of CI and CIII. The structure of the respirasome provides information on the precise arrangements of the respiratory chain complexes in mitochondria.