颜宁再发Science文章：解析关键离子通道

　　

生物通报道：清华大学，清华北大联合生命科学研究中心的研究人员报道了真核生物电压门控钠离子通道近原子分辨率结构（分辨率为3.8埃），这为理解电压门控钙离子和钠离子通道的工作机理奠定了基础。

这一研究成果公布在2月9日的Science杂志上，文章的通讯作者是清华大学颜宁教授，颜宁教授研究组近年来聚焦于膜蛋白、胆固醇代谢调控通路相关因子的结构生物学研究，在Science、Nature、Cell等杂志上发表多篇重要的论文，并荣获了中国青年女科学家奖、HHMI国际青年科学家奖等奖励（Nature：中国科学之星颜宁）。

电压门控离子通道是一大类位于细胞膜上、通过感受电信号控制离子跨膜进出细胞的蛋白质。上世纪四五十年代，英国科学家霍奇金和赫胥黎发现了动作电位；之后发现电压门控钠离子通道（Nav通道）引发动作电位。近几年，随着冷冻电镜技术的革新，利用该技术获得近原子分辨率结构已经成为现实。颜宁研究组利用清华大学的冷冻电镜平台，首次揭示了真核生物Cav通道的结构。

相关研究成功解析了肌肉兴奋-收缩偶联通路上的两个关键膜蛋白Cav1.1以及RyR1的结构，从而为理解这一基本生理过程的分子机理打下重要的结构基础。更重要的是，高分辨的Cav1.1结构不仅揭示了Cav通道的结构，也为理解目前仍未有高分辨率结构的真核Nav通道的结构与机理提供了重要的模板。清华大学颜宁教授Nature发表重要成果

在此基础上，研究人员进一步报道了来自美洲蟑螂(American cockroach）的电压门控钠离子通道（Na_vPaS）近原子分辨率结构，分辨率达到3.8埃），结构分析显示四个重复的电压感测结构域（VSD）具有不同的构象，非对称选择性过滤前部分的入口受到大量糖基化和二硫键稳定细胞外环的保护。而且在细胞质一端，还具有一个保守的氨基末端结构域，位于VSDI下方，另外一个羧基末端结构域结合于III-IV接头上。

这一Na_vPaS结构与此前解析Cav通道为理解Nav和相关Cav通道的功能和疾病机制奠定了重要基础。

此外，颜宁教授带领的研究小组还分离出了来自兔骨骼肌的Cav1.1复合物，并采用单颗粒冷冻电镜技术借助直接电子检测和先进的图像处理确定了它的结构。获得这一伪四聚体真核生物Cav通道与其辅助亚基的复合物的详细结构，为认识相关通道的功能和疾病机制提供了重要的框架。这一重要的研究成果发布在12月18日的《科学》（Science）杂志上。相关阅读：清华大学颜宁教授Science再发重要新成果。

去年5月，颜宁带领的研究小组，与中科院微生物研究所的研究人员合作，在《Cell》杂志发表的一项研究中指出，他们采用单粒子低温电子显微镜(cryo-EM)技术获得了了分辨率为4.4埃（Å）的全长人类NPC1的结构，及NPC1与埃博拉病毒（EBOV）酶切后糖蛋白(GPcl)的复合物的低分辨率结构。由此认识了NPC1介导胆固醇转运和埃博拉病毒感染的结构机制。相关阅读：清华大学颜宁教授Cell发表新成果。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Structure of a eukaryotic voltage-gated sodium channel at near-atomic resolution

Voltage-gated sodium (Nav) channels are responsible for the initiation and propagation of action potentials. They are associated with a variety of channelopathies and are targeted by multiple pharmaceutical drugs and natural toxins. Here, we report the cryo-EM structure of a putative Nav channel from American cockroach (designated NavPaS) at 3.8-Å resolution. The voltage sensing domains (VSDs) of the four repeats exhibit distinct conformations. The entrance to the asymmetric selectivity filter vestibule is guarded by heavily glycosylated and disulfide bond-stabilized extracellular loops. On the cytoplasmic side, a conserved amino terminal domain is placed below VSDI and a carboxy terminal domain binds to the III-IV linker. The structure of NavPaS establishes an important foundation for understanding function and disease mechanism of Nav and related Cav channels.