颜宁施一公含糊 颜宁与施一公等提醒最大离子通道RyR1构造

清华新闻网12月18日电 12月15日,清华大学医学院颜宁研讨组与生命学院施一公研讨组、以及英国MRC分子生物学实验室Sjors Scheres研讨组协作在《天然》(Nature)期刊在线宣布题为 “Structure of the rabbit ryanodine receptor RyR1 at near-atomic resolution” (兔源RyR1的近原子分辨率构造)的研讨长文,提醒了现在已知最大离子通道Ryanodine受体RyR1的三维构造,为了解其功用供给了首要头绪。

钙离子是生命体中最为丰厚的阳离子之一,也是细胞信号传导中首要的第二信使,参加调控肌肉缩短、细胞排泄、神经信号传递等首要生命进程。在正常状况下,细胞质中的钙离子浓度维持在100 nM摆布的低浓度,而内质网(或肌肉安排肌质网)中的钙离子浓度却高达mM级,是细胞内的“钙库”。

在肌肉细胞中,当细胞外或许肌质网中的钙离子释放到细胞质时,会引起肌肉的缩短反响。这一进程称为肌肉振奋缩短偶联,是骨骼肌及心肌运动的分子根底。而担任将钙离子从肌质网迅速许多释放到胞浆中的是一种称作Ryanodine受体(Ryanodine Receptor,简称RyR)的高通量钙离子通道。

RyR以四聚体的方式行使功用,每个单体超越5000个氨基酸,因而其四聚体总分子量到达二百三十万道尔顿(2.3 MDa),是现在已知的最大离子通道蛋白。在哺乳动物中有三种RyR蛋白,其间RyR1首要散布在骨骼肌细胞中,RyR2首要散布在心肌细胞中,RyR3则最早在脑细胞中发现,它们在序列上具有高度保存性。

RyR的离子通道开关遭到包括钙离子浓度在内多种信号的杂乱调控。RyR的骤变领会致使比如肌基地轴空病(central core disease, CCD)、恶性高热易感症(malignant hyperthermia susceptibility, MHS)等疾病。

许多文献报导计算标明,现在已有超越500种RyR骤变体与疾病有关。

RyR1单体构造域解析以及四聚体的三维电镜构造。

因为RyR的首要生理功用及其作为钙离子通道的根底研讨含义,关于其构造与功用的研讨一向备受重视。自上世纪70年代科学家发现这个蛋白、80年代开端系统研讨RyR迄今近40年,国内外许多实验室都致力于对RyR的构造剖析,但限于RyR巨大的分子量,蛋白获取和蛋白结晶的难度都非常大,之前仅有单个小片段的晶体构造。

曩昔20年中,多篇文献报导了RyR的低分辨率电镜构造,提醒其蘑菇状的外形特征,可是这些电镜构造的分辨率最高只到达10埃(1纳米)摆布,无法看清该蛋白的二级构造。

近两年单颗粒冷冻电镜在探测器和计算办法上发作革命性发展,使用冷冻三维重构的办法解析蛋白质原子分辨率构造已变成也许。颜宁研讨组、施一公研讨组与英国MRC的Sjors Scheres教授协作,探索了新的蛋白纯化战略,取得优异的蛋白样品,使用单颗粒冷冻电镜办法,成功解析了兔源的RyR1蛋白与其按捺蛋白FKBP12的复合物三维构造。

该构造全体分辨率到达了3.8Å,其间担任离子运送的跨膜区分辨率乃至超越3.5 Å,能够精确建立原子构造模型。

兔源RyR1每个单体包括5037个氨基酸,其间3000多个氨基酸的原子坐标取得解析。除掉之前现已取得的三个可溶区构造域片段,该电镜构造初次提醒了跨膜区(每个单体富含近500个氨基酸)、以及可溶区中三个全新构造域的挨近原子分辨率三维构造。

RyR1的构造全体出现四次对称的金字塔形状。其跨膜区具有类似于电压门控离子通道的折叠特色,但还有额定的构造域以完成对通道开闭状况的调控。跨膜区的高分辨率及高质量密度提醒了RyR1辨认钙离子的机理及其高通量运送钙离子的分子根底。

全体构造剖析显现了巨大的细胞质构造域的层级构造安排特征以及调控通道开关的也许机制。该研讨关于肌肉-缩短偶联以及与之有关的疾病的知道也具有首要的含义,也为医治有关疾病供给了首要的构造头绪。

RyR1跨膜粒子通道区的三维构造模型。

这篇文章的通讯作者是清华大学医学院的颜宁教授、生命学院的施一公教授以及英国MRC分子生物学实验室的Sjors H. W. Scheres教授;一同榜首作者是清华大学医学院的四年级博士生闫浈,生命学院五年级博士生闫创业以及英国MRC的博士后白晓辰。清华大学生命学院的李雪明研讨员和北京大学医学部生物物理学系尹长城教授参加该研讨。

本研讨遭到科技部、基金委、生命科学联合基地-清华大学、生物膜与膜生物工程国家重点实验室的经费支撑。颜宁是清华大学医学院拜耳讲席教授以及霍华德休斯医学研讨院世界青年科学家。(原标题:颜宁等在《天然》发文提醒已知最大离子通道RyR1三维构造)