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中新网2月12日电《科技日报》-952年,英国科学家霍奇金和赫胥黎发现了“钠通道”(以下简称“钠通道”)。然而,这两位科学家直到今天才期望理解钠通道的原子结构。

65年后,清华大学医学院的颜宁研究小组用一种叫做冷冻电子显微镜的“照相机”拍摄了钠通道的第一张“3D照片”。2月10日,这张照片出现在《科学》杂志上。该团队在线发表了论文《真核细胞电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构》,并首次报道了真核细胞电压门控钠离子通道的3.8分辨率冷冻电镜结构。

“事实上,钠通道位于细胞膜中,就像车库入口处的电动门一样。这门只允许一种汽车“钠离子”进入。电压是门禁开关。当电压改变时,控制信号也会改变,所以门会打开或关闭。”该论文的第一作者、清华大学生命研究所博士生沈怀宗向记者解释说,这次拍摄的照片是处于“封闭”状态的钠通道。

这个电动门能传递什么?

"钠通道起着灯塔的作用."沈怀宗说,人的感觉和行为是由大脑的“总部”控制的,它发出“指令”,并通过神经网络传递这些指令。信号传输就像古代战争中使用烽火来传递军事情报。"收到指令后,钠通道将被点燃,信息将逐站传送。"

钠通道异常可导致一系列与神经、肌肉和心血管疾病相关的疾病。例如,癫痫就是大脑明显不发出指令,但是钠通道“点燃”并使四肢运动沈怀宗介绍说,仍然有一些疼痛的感觉是感觉不到的。病人有症状,但钠通道没有反应,使人无法检测到身体异常。

因此,钠通道已成为学术界的热门话题和国际制药公司的研究对象。

如果钠通道被“点燃”,那么钾通道就“灭火”,并负责取消信号。早在1998年,美国洛克菲勒大学的罗德里克·麦金农教授就获得了第一个具有晶体结构的钾离子通道,并获得了2003年诺贝尔化学奖。

但轮到钠通道了,但没有进展。

在沈怀宗看来,获得蛋白质和分析结构是两个很高的“路障”。他向记者解释说,很难首先获得蛋白质样本。真核生物钠通道蛋白全长约2000个氨基酸,因此很难像电压门控钾通道一样进行大量的体外重组表达。内源性钠通道通常含量极低,并且很难直接从生物组织(如电压门控钙通道)中纯化足够高质量的蛋白质样品用于结构分析。

清华大学首次分析高分辨率钠通道结构

其次,钠通道是通过折叠肽链形成的,肽链具有伪四次对称。与同四聚体的钾通道相比,钠通道很难用冷冻电镜结晶或获得结构。它们不能与钙通道等辅助亚基形成分子量较大的稳定复合物,因此增加了用电子显微镜进行结构分析的难度。

最后,真核生物钠通道包含许多灵活的区域和各种翻译后修饰,这对其结构分析提出了巨大的挑战。

这个问题由一个平均年龄不到30岁的80后和90后团队解决了。年轻面孔的背后,有10年的积累。2007年,颜宁教授带领团队建立了实验室。从那以后,对钠离子的攻击开始了。2012年,该团队首次取得了进展,并在《自然》杂志上报道了处于失活状态的钠离子通道NavRh的晶体结构。此后,颜宁研究小组在世界上首次报道了电压门控钙通道Cav1.1的高分辨率结构。

清华大学首次分析高分辨率钠通道结构

铸剑十年后,我终于等到了这张期待已久的照片。(照片由沈怀宗提供)

来源:卢森堡言论报中文网

标题:清华大学首次分析高分辨率钠通道结构

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