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科學(xué)家解析首個環(huán)核苷酸門控離子通道的高分辨率三維結(jié)構(gòu)

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科學(xué)家解析首個環(huán)核苷酸門控離子通道的高分辨率三維結(jié)構(gòu)

摘要: 　　我們能夠看到色彩繽紛的世界，聞到千奇百怪的氣味，都需要一個將外界的光學(xué)信號和氣味化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯镫娦盘柕倪^程。這一過程中，CNG通道起著關(guān)鍵的信號轉(zhuǎn)換的作用。在感光器中，光子激活感光色素，降低細胞 ...

　　我們能夠看到色彩繽紛的世界，聞到千奇百怪的氣味，都需要一個將外界的光學(xué)信號和氣味化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯镫娦盘柕倪^程。這一過程中，CNG通道起著關(guān)鍵的信號轉(zhuǎn)換的作用。在感光器中，光子激活感光色素，降低細胞內(nèi)環(huán)鳥苷單磷酸（cGMP）的濃度，關(guān)閉CNG通道，最終導(dǎo)致細胞膜超極化。在嗅覺感受神經(jīng)元中，氣味分子激活嗅覺受體，增加胞內(nèi)環(huán)腺苷單磷酸（cAMP）濃度，打開CNG通道，導(dǎo)致細胞膜去極化。CNG通道一旦功能失常就會導(dǎo)致視覺和嗅覺系統(tǒng)疾病，比如局部或完全失明和色盲。雖然過去對CNG通道的大量學(xué)習(xí)使科研人員對其有了深入的了解，但CNG通道的功能/調(diào)控的精確蛋白結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一直不為人知。因此，獲得CNG通道高分辨率蛋白結(jié)構(gòu)對于學(xué)習(xí)CNG通道的離子通透、門控機制和致病突變導(dǎo)致的通道功能失常及其引起的相關(guān)疾病具有非常重要的意義。
　　學(xué)習(xí)人員通過使用單顆粒冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)，首次獲得了秀麗隱桿線蟲CNG通道結(jié)合cGMP的開放狀態(tài)的3.5 Å分辨率的三維結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)揭示CNG通道有一個不尋常的類電壓感受結(jié)構(gòu)域（VSLD）。通道蛋白C端連接體（C-linker）連接S6跨膜區(qū)和環(huán)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（CNBD），并且和VSLD及孔道結(jié)構(gòu)域（pore domain）直接作用，形成所謂的“門控環(huán)”。此“門控環(huán)”是介導(dǎo)環(huán)核苷酸結(jié)合所引起的CNG通道開放的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。CNG通道的離子選擇性過濾器是由谷氨酸的羧基側(cè)鏈和三個羰基氧構(gòu)成的環(huán)排列而成。該學(xué)習(xí)工作首次獲得真核生物CNG通道高分辨率全長結(jié)構(gòu)，揭示了有別于其它通道的新的結(jié)構(gòu)特征，比如獨特的三級和四級結(jié)構(gòu)和特殊的類電壓感受結(jié)構(gòu)域。這些標志性特征揭示了胞質(zhì)中的功能結(jié)構(gòu)域是如何與跨膜結(jié)構(gòu)域相互作用的，為CNG通道缺失電壓依賴性提供了依據(jù)，為了解環(huán)核苷酸門控機制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為致病突變導(dǎo)致通道功能失常的原因提供了線索。該學(xué)習(xí)不僅是CNG通道學(xué)習(xí)領(lǐng)域的重大突破，也是更廣泛離子通道領(lǐng)域的重要進展。
　　該學(xué)習(xí)得到了科技部“973”項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、云南省科技廳海外高端人才、云南省高層次人才項目、青年千人計劃以及美國國立衛(wèi)生學(xué)習(xí)院等多項基金項目的支持。
　　文章鏈接

　　圖a：CNG通道四聚體結(jié)構(gòu)，視角平行于細胞膜。圖b：CNG通道單體結(jié)構(gòu)。圖c：非經(jīng)典的S4跨膜區(qū)。圖d：離子選擇性過濾器結(jié)構(gòu)的部分放大。圖c和圖d中，只顯示了四個亞基中相對的兩個。
　　來源:昆明動物學(xué)習(xí)所　　編輯:方法學(xué)習(xí)中取得進展科學(xué)家解析首個環(huán)核苷酸門控離子通道的高分辨率三維結(jié)構(gòu)  |  責(zé)任編輯：蟲子
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