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70天里第3篇Science！顏寧課題組喜訊不斷  圖片來(lái)源：普林斯頓大學(xué) 9月6日在線發(fā)表：Structure of the human voltage-gated sodium channel Nav1.4 in complex with β1 9月6日，顏寧課題組的這項(xiàng)最新論文正式在線發(fā)表，這是關(guān)于電壓門(mén)控鈉離子通道（Nav）的研究。盡管Nav可能對(duì)許多人類(lèi)疾病有著潛在影響，但幾十年來(lái)的大量探索，依舊沒(méi)有解析出任何來(lái)自人類(lèi)的Nav通道結(jié)構(gòu)，這也在很大程度上影響了我們對(duì)其作用機(jī)理的理解，限制了相應(yīng)的新療法開(kāi)發(fā)。  人類(lèi)Nav1.4-β1復(fù)合體的結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：《科學(xué)》） 在這項(xiàng)研究里，研究人員們使用冷凍電鏡技術(shù)，報(bào)道了人類(lèi)Nav1.4-β1復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)3.2 Å。具體來(lái)看，該結(jié)構(gòu)提供了關(guān)于孔道結(jié)構(gòu)域、電壓感應(yīng)域、以及β1亞基的詳細(xì)信息，讓我們了解了人類(lèi)Nav1.4通道在鈉離子滲透性上的分子基礎(chǔ)，也為其四個(gè)跨膜重復(fù)區(qū)域的動(dòng)力學(xué)不對(duì)稱性提供了新的洞見(jiàn)。 結(jié)構(gòu)分析也進(jìn)一步揭示了一些致病突變的作用機(jī)理。原來(lái)，如果影響到關(guān)鍵氨基酸，就會(huì)導(dǎo)致一種變構(gòu)抑制效應(yīng)，快速讓Nav通道失活。這個(gè)人類(lèi)Nav結(jié)構(gòu)的闡明，不但解釋了過(guò)去的一些發(fā)現(xiàn)，還鋪平了通往未來(lái)研究的道路，使得針對(duì)Nav通道開(kāi)發(fā)新藥成為了可能。 顏寧教授為學(xué)術(shù)經(jīng)緯的讀者們介紹了該研究的重要性：“Nav1.4幾乎是所有鈉通道中功能研究最全面、生物物理數(shù)據(jù)最多的一個(gè)亞型，但電鰻的Nav1.4通道無(wú)法在非內(nèi)源體系中做電生理分析，所以沒(méi)有辦法進(jìn)行深一步的研究。人類(lèi)Nav1.4通道結(jié)構(gòu)的獲得改變了這一現(xiàn)狀。今后科學(xué)家們能夠以電生理數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，獲取Nav在不同狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，將靜態(tài)的不同畫(huà)面拼成‘動(dòng)態(tài)電影’，最終能夠呈現(xiàn)它工作的完整過(guò)程。” “另一方面，Nav通道是重要的制藥靶點(diǎn)，Nav1.7與Nav1.8更是很多公司開(kāi)發(fā)新型止痛劑的靶標(biāo)。一直以來(lái)，很多人想獲得Nav的抗體，但是因?yàn)闆](méi)有辦法拿到純化的蛋白，所以連抗體都沒(méi)法生成。我們這個(gè)工作的另外一重意義，就是說(shuō)鈉通道也是可以體外表達(dá)，完整折疊的。這樣一個(gè)技術(shù)難關(guān)也被我們攻克了�！鳖亴幗淌谘a(bǔ)充道。 相關(guān)論文：Pan et al。， （2018）。 Structure of the human voltage-gated sodium channel Nav1.4 in complex with β1。 Science， https：//doi.org/10.1126/science.aau2486 7月26日在線發(fā)表：Structural basis for the modulation of voltage-gated sodium channels by animal toxins 這同樣是一項(xiàng)關(guān)于Nav的研究。我們知道，Nav通道在產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)信號(hào)方面具有關(guān)鍵性作用，因此，它們是多種化學(xué)殺蟲(chóng)劑和人類(lèi)藥物的靶點(diǎn)。同時(shí)，Nav也是神經(jīng)毒素最常見(jiàn)的靶點(diǎn)。神經(jīng)毒素靶向鈉離子通道的方法可以分為兩類(lèi)：第一類(lèi)稱為孔隙阻滯劑（pore blocker），它們通過(guò)堵塞離子通道孔隙來(lái)抑制鈉離子的流動(dòng)，這類(lèi)神經(jīng)毒素包括河豚毒素（tetrodotoxin， TTX）和石房蛤毒素（saxitoxin，STX）。第二類(lèi)神經(jīng)毒素稱為門(mén)控調(diào)節(jié)毒素（gatingmodifier toxins， GMTs），它們通過(guò)復(fù)雜的別構(gòu)效應(yīng)將離子通道的構(gòu)像固定在一個(gè)狀態(tài)，從而達(dá)到抑制或激活離子通道的效果，其中包括蜘蛛毒素Dc1a。但是，這兩類(lèi)神經(jīng)毒素的具體作用機(jī)制卻一直未能得到澄清。 在7月26日刊登在《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)研究里，顏寧課題組利用冷凍電鏡技術(shù)，獲得了昆蟲(chóng)Nav通道與Dc1a結(jié)合時(shí)的復(fù)合體，以及Nav-Dc1a-TTX和Nav-Dc1a-STX復(fù)合體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。它們的分辨率分別為2.8 Å、2.6 Å、和3.2 Å。通過(guò)對(duì)Nav-Dc1a復(fù)合體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，Dc1a毒素同時(shí)與Nav通道的電壓感應(yīng)域（voltage sensing domain， VSD）和孔道結(jié)構(gòu)域相結(jié)合來(lái)改變離子通道的構(gòu)像。Dc1a和鈉離子通道之間的復(fù)雜相互作用涉及到多個(gè)位于不同蛋白域的氨基酸。這些氨基酸的功能在隨后的生化實(shí)驗(yàn)中也得到了確認(rèn)。  ▲ NavPaS與Dc1a的復(fù)合體結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：《科學(xué)》） 對(duì)Nav-Dc1a-TTX和Nav-Dc1a-STX復(fù)合體結(jié)構(gòu)的分析幫助發(fā)現(xiàn)了在Nav通道細(xì)胞膜外側(cè)與TTX和STX發(fā)生相互作用的特定氨基酸位點(diǎn)，從而為T(mén)TX和STX阻斷Nav通道的功能性研究提供了結(jié)構(gòu)學(xué)上的解釋。 這項(xiàng)研究對(duì)藥物開(kāi)發(fā)還具有重要意義。因?yàn)镚MTs與孔隙阻滯劑相比具備更高的選擇性，因此它們的行為可以為研發(fā)針對(duì)特定鈉離子通道亞型的藥物提供寶貴的信息。這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，GMTs與鈉離子通道相互作用的區(qū)域不僅僅局限在VSD，因此研發(fā)人員需要謹(jǐn)慎對(duì)待只使用鈉離子通道的VSD片段得出的描述GMTs行為的研究結(jié)果。 |
