Nat Commun：科学家们成功解析出离子通道的结构与功能

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离子通道是一类调控钙、钠或钾离子在细胞膜两侧流动的蛋白。控制这些离子的流动对于维持机体的正常功能十分关键。负责编码离子通道蛋白的基因发生突变会影响很多疾病的发生，因此，为了理解这些突变是如何导致疾病的，研究者们需要对离子通道蛋白的三维结构进行深入的解析。

（图片来源：Northwestern University）

此前，来自犹他大学的DeCaen博士等人发现一类叫做PDK2的基因的突变会导致大型的肾脏多囊化以及肾脏功能衰竭等症状的出现，而且他们知道该基因负责编码一种离子通道蛋白，但该蛋白具体调控哪类离子的流动此前并不清楚。因此，研究者们将蛋白质放在极低的温度环境下，并且利用先进的电子显微镜技术拿到了蛋白的结构。相关结果于去年发表在《Cell》杂志上。

此外，来自药学系的副教授Murali Prakriya博士则对钙离子的通道蛋白CARC十分感兴趣。CARC是一类主要存在于免疫细胞膜上的离子通道，当通道打开时会允许钙离子的流入，从而激活下游基因的表达以及细胞的增殖。目前发现很多疾病与CARC的紊乱有关，其中包括免疫缺陷、肌肉营养失调以及神经性疾病等等。

在最近发表在《Nature Communications》杂志上的一篇文章中，Prakriya等人揭示了CARC通道的开启与关闭的细节。这项研究鉴定出了该离子通道在静止状态下以及开闭过程中的分子结构。

首先，科学家们利用电生理以及显微成像技术系统性的检测了CARC蛋白的不同结构与对于通道开启的作用。之后，通过计算机模拟的手段找到了氨基酸调控离子穿透的机制。

"在离子通道中，中间的空隙充斥着水分子。因此关闭这一空隙的方法是利用亲脂性的化学基团"组织水分子以及离子的浸入。而在打开通道的时候，疏水性的基团需要挪开以保证水分与离子能够进入。

这一发现具有十分重要的临床意义，人类中CARC基因的一些突变往往导致流血、神经紊乱以及肌肉乏力失控等现象，这往往是由于细胞中存在过量的钙离子。因此，这一发现有助于优化对上述疾病的治疗方案。

　　原始出处：Megumi Yamashita et al. STIM1 activates CRAC channels through rotation of the pore helix to open a hydrophobic gate, Nature Communications (2017). DOI: 10.1038/ncomms14512