颜宁团队再发Nature！2019年来第五篇CNS

来源 | iNature、清华大学结构生物学高精尖创新中心微信公众号、中洪博元医学实验帮

编辑 | 学术君

顶尖学术期刊 Nature 11月25日上线了来自颜宁教授团队的一篇论文。这项研究以“加快评审文章”（Accelerated Article Preview）形式发布，是颜宁团队多年来解构电压门控钙离子通道（voltage-gated calcium，Cav）的又一力作。也是今年颜宁团队在CNS上发的第五篇论文。

文章讲了啥

2019年11月25日，颜宁团队在Nature在线发表题为“Cryo-EM structures of apo and antagonist-bound human Cav3.1”的研究论文。

在哺乳动物的电压门控钙（Cav）通道（VGCC）的10个亚型中，Cav3.1–3.3构成T型或低电压激活的亚家族，其异常活动与癫痫，精神病和疼痛相关。

该研究报告了单独的人类Cav3.1的冷冻电镜结构以及与高度Cav3选择性阻滞剂Z944结合的冷冻EM结构，其分辨率分别为3.3Å和3.1Å。弓形的Z944分子在孔结构域的中心腔中倾斜，宽端插入重复序列II和III之间的界面的窗孔中，窄端像塞子一样悬在细胞内门上方。这些结构为比较研究不同Cav亚家族之间不同的通道特性提供了框架。这是西湖大学以第一单位在其发表成果。也是颜宁团队2019年以来的第五篇CNS。

之前的四篇CNS文章

两篇Science

2019年2月14日，情人节当天，颜宁研究组在《科学》（Science）背靠背在线发表了题目分别为《μ-芋螺毒素阻断人源电压门控钠离子通道Nav1.2的分子机理》(Molecular basis for pore blockade of human Na+ channel Nav1.2 by the μ-conotoxin KIIIA)和《人源电压门控钠离子通道Nav1.7与辅助亚基和动物毒素复合物的结构》(Structures of human Nav1.7 channel in complex with auxiliary subunits and animal toxins)的两篇研究长文。

两篇文章分别解析了人源电压门控钠离子通道（以下简称钠通道）Nav1.2与其特异性阻断毒素μ-芋螺毒素KIIIA复合物和人源钠通道Nav1.7与其特异性调节毒素ProTx-II或Huwentoxin-IV复合物的冷冻电镜结构，分辨率分别为3.0和3.2 埃（1埃=0.1纳米），为深入理解钠通道工作机理、疾病突变致病机理和特异性毒素与其相互作用机理提供了分子基础，同时为针对钠通道的多肽类药物研发提供了可靠模板。

两篇文章在线发表后，颜宁也第一时间在微博上表示了庆贺：

1 Science：含辅助亚基和动物毒素的人源Nav1.7通道复合体结构

研究人员报道了人源Nav1.7-β1-β2复合物与孔阻滞剂和门控改性剂毒素(GMT)结合的冷冻电镜结构，其中河豚毒素与原毒素-Ⅱ结合，Saxitoxin与Huwentoxin-IV结合，整体分辨率达到3.2 Å。除了VSDII的小位移外，这两种结构几乎相同，VSDII的S3-S4连接器以类似的方式容纳这两个GMT。另外一种原毒素-II位于VSDIV中S3-S4链接器的顶部。这些结构可能代表一种灭活状态，所有四个VSD“向上”和细胞内的门关闭。这些结构说明了机械理解Nav1.7的功能和疾病的途径，并为结构辅助止痛药的发展奠定了基础。

2 Science：μ-圆锥毒素KIIIA阻断人源Na通道Nav1.2的分子基础

研究人员报告了在辅助亚基β2存在下，人源Nav1.2与肽类孔阻滞剂μ-cono毒素KIIIA结合的冷冻电镜结构，分辨率达到3.0 Å。β2的免疫球蛋白(Ig)结构域通过二硫键与孔隙结构域的肩部相互作用。16-残基KIIIA在重复I至Ⅲ中与胞外段相互作用，将Lys 7置于选择性过滤器的入口。许多相互作用的残基是Nav1.2特有的，揭示了KIIIA特异性的分子基础。该结构为NaV通道特定亚型阻滞剂的合理设计建立了一个框架.

Cell

2019年5月30日，颜宁（清华大学为第一通讯单位）及吴建平共同通讯在Cell 在线发表题为“Molecular Basis for Ligand Modulation of a Mammalian Voltage-Gated Ca2+ Channel”的研究论文。

该研究报告了Cav1.1与拮抗药物硝苯地平，地尔硫卓和维拉帕米的复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，分辨率分别为2.9Å，3.0Å和2.7Å；Cav1.1与DHP激动剂Bay K 8644复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，分辨率为2.8Å。

地尔硫卓和维拉帕米穿过孔域的中心腔，直接阻断离子渗透。

尽管硝苯地平和Bay K 8644在重复III和IV的界面处占据相同的位点，但协调细节支持以前的功能观察。这些结构阐明了不同Cav配体的作用模式，并为结构引导的药物发现建立了框架。总之，结构研究阐明了三种临床应用的拮抗剂和原型激动剂在原子水平上识别和调节L型Cav通道的分子基础，并为大量实验和临床数据提供结构解释。这些结构为未来针对Cav通道病的药物发现奠定了基础。

Nature

2019年7月5日颜宁（清华大学第一单位）等人Nature 在线发表题为“Modulation of cardiac ryanodine receptor 2 by calmodulin”的研究论文，该研究报道了RyR2的8个冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，它们共同揭示了不同形式CaM的分子识别特征，并提供了对CaM对RyR2通道门控的调节的见解。

Apo-CaM和Ca2 + -CaM结合由手柄，螺旋和中心区域形成的细长裂缝中的不同但重叠的位点。RyR2上CaM结合位点的转变受Ca2 +与CaM结合而不是RyR2的控制。Ca2 + -CaM诱导各个中心结构域的旋转和域内移位，导致PCB95和Ca2 +激活的通道的孔闭合。相比之下，ATP，咖啡因和Ca2 +激活通道的孔在Ca2 + -CaM存在下保持开放，这表明Ca2 + -CaM是RyR2门控的许多竞争调节剂之一。