來源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯

今日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志在其官網(wǎng)上在線發(fā)表了最新一批論文。其中，我們很高興地看到一篇來自顏寧課題組的研究。值得一提的是，這是在過去的這個暑假里，顏寧課題組發(fā)表的第三篇《科學(xué)》長文（Research Article）。在今天的這篇文章里，我們也將為各位讀者介紹和回顧這些進(jìn)展。

人類Nav1.4-β1復(fù)合體的結(jié)構(gòu)（圖片來源：《科學(xué)》）

在這項研究里，研究人員們使用冷凍電鏡技術(shù)，報道了人類Nav1.4-β1復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)3.2 ?。具體來看，該結(jié)構(gòu)提供了關(guān)于孔道結(jié)構(gòu)域、電壓感應(yīng)域、以及β1亞基的詳細(xì)信息，讓我們了解了人類Nav1.4通道在鈉離子滲透性上的分子基礎(chǔ)，也為其四個跨膜重復(fù)區(qū)域的動力學(xué)不對稱性提供了新的洞見。

結(jié)構(gòu)分析也進(jìn)一步揭示了一些致病突變的作用機(jī)理。原來，如果影響到關(guān)鍵氨基酸，就會導(dǎo)致一種變構(gòu)抑制效應(yīng)，快速讓Nav通道失活。這個人類Nav結(jié)構(gòu)的闡明，不但解釋了過去的一些發(fā)現(xiàn)，還鋪平了通往未來研究的道路，使得針對Nav通道開發(fā)新藥成為了可能。

顏寧教授為學(xué)術(shù)經(jīng)緯的讀者們介紹了該研究的重要性：“Nav1.4幾乎是所有鈉通道中功能研究最全面、生物物理數(shù)據(jù)最多的一個亞型，但電鰻的Nav1.4通道無法在非內(nèi)源體系中做電生理分析，所以沒有辦法進(jìn)行深一步的研究。人類Nav1.4通道結(jié)構(gòu)的獲得改變了這一現(xiàn)狀。今后科學(xué)家們能夠以電生理數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，獲取Nav在不同狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，將靜態(tài)的不同畫面拼成‘動態(tài)電影'，最終能夠呈現(xiàn)它工作的完整過程。”

“另一方面，Nav通道是重要的制藥靶點，Nav1.7與Nav1.8更是很多公司開發(fā)新型止痛劑的靶標(biāo)。一直以來，很多人想獲得Nav的抗體，但是因為沒有辦法拿到純化的蛋白，所以連抗體都沒法生成。我們這個工作的另外一重意義，就是說鈉通道也是可以體外表達(dá)，完整折疊的。這樣一個技術(shù)難關(guān)也被我們攻克了�！鳖亴幗淌谘a(bǔ)充道。

相關(guān)論文：Pan et al。， （2018）。Structure of the human voltage-gated sodium channel Nav1.4 in complex with β1。 Science，https：//doi.org/10.1126/science.aau2486

7月26日在線發(fā)表：Structural basis for the modulation of voltage-gated sodium channels by animal toxins

這同樣是一項關(guān)于Nav的研究。我們知道，Nav通道在產(chǎn)生神經(jīng)沖動信號方面具有關(guān)鍵性作用，因此，它們是多種化學(xué)殺蟲劑和人類藥物的靶點。同時，Nav也是神經(jīng)毒素最常見的靶點。神經(jīng)毒素靶向鈉離子通道的方法可以分為兩類：第一類稱為孔隙阻滯劑（pore blocker），它們通過堵塞離子通道孔隙來抑制鈉離子的流動，這類神經(jīng)毒素包括河豚毒素（tetrodotoxin， TTX）和石房蛤毒素（saxitoxin，STX）。第二類神經(jīng)毒素稱為門控調(diào)節(jié)毒素（gatingmodifier toxins， GMTs），它們通過復(fù)雜的別構(gòu)效應(yīng)將離子通道的構(gòu)像固定在一個狀態(tài)，從而達(dá)到抑制或激活離子通道的效果，其中包括蜘蛛毒素Dc1a。但是，這兩類神經(jīng)毒素的具體作用機(jī)制卻一直未能得到澄清。

在7月26日刊登在《科學(xué)》雜志上的這項研究里，顏寧課題組利用冷凍電鏡技術(shù)，獲得了昆蟲Nav通道與Dc1a結(jié)合時的復(fù)合體，以及Nav-Dc1a-TTX和Nav-Dc1a-STX復(fù)合體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。它們的分辨率分別為2.8 ?、2.6 ?、和3.2 ?。通過對Nav-Dc1a復(fù)合體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，Dc1a毒素同時與Nav通道的電壓感應(yīng)域（voltage sensing domain， VSD）和孔道結(jié)構(gòu)域相結(jié)合來改變離子通道的構(gòu)像。Dc1a和鈉離子通道之間的復(fù)雜相互作用涉及到多個位于不同蛋白域的氨基酸。這些氨基酸的功能在隨后的生化實驗中也得到了確認(rèn)。

▲ Ptch1單獨或與ShhN結(jié)合時的結(jié)構(gòu)（圖片來源：《科學(xué)》）

此外，基于這些結(jié)構(gòu)，研究人員們還通過生化分析，揭示了ShhN與Ptch1相互作用時，對于類固醇的依賴性。相比之下，那些無法結(jié)合類固醇的突變Ptch1蛋白與野生型相比，展現(xiàn)出了明顯的構(gòu)象重排。

這項研究揭示了人類Ptch1蛋白以及Ptch1蛋白-ShhN復(fù)合體的分子結(jié)構(gòu)機(jī)制，讓我們對這一重要信號通路的關(guān)鍵步驟有了更為直觀的理解。

相關(guān)論文：Gong， et al。， （2018）。 Structural basis for the recognition of Sonic Hedgehog by humanPatched1。 Science， https：//doi.org/10.1126/science.aas8935