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基于冷冻电子显微术的阳离子通道结构与功能研究进展*

2021-05-05蒋璐璐

中国病理生理杂志 2021年4期
关键词:机械结构

蒋璐璐,高 巨

(1中南大学湘雅二医院麻醉科,湖南长沙 410011;2江苏省苏北人民医院麻醉科,江苏扬州 225001)

阳离子通道通过疏水性脂质生物膜介导阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)的流动,从而调节神经元、肌肉细胞等可兴奋细胞及淋巴细胞、内皮细胞等非可兴奋细胞的膜电位变化、Ca2+信号转导及其他各种细胞生物学过程[1]。根据国际基础与临床药理学联合会(International Union of Basic &Clinical Pharmacolo⁃gy,IUPHAR)药理学指南,人类基因组包含145 个电压门控通道[2]、55 个配体门控通道[3]和27 个其他类型通道[4],如连接蛋白、Piezo、钙库操纵性钙通道等,负责阳离子跨膜运输。当编码阳离子通道的基因或相关支架蛋白的基因发生突变时,会引起相关的离子通道病,如囊性纤维化[5]、长QT 间期综合征[6]、癫痫[7]等。这些通道在发挥其特定生理功能的同时,也成为治疗不同疾病的药物作用靶点。本文就近年来有关阳离子通道的最新研究进行综述,以更深入地了解离子通道的门控机制。

1 阳离子通道结构研究的新进展

近年来,随着冷冻电子显微术(cryo-electron mi⁃croscopy,Cryo-EM)的发展,成像硬件的改进,显微镜图像处理能力增强,大量离子通道的三维结构得以重建。由于X 射线晶体衍射或核磁共振波谱分析等传统方法,难以获得G 蛋白偶联受体和离子通道等膜蛋白高分辨率结构,因此,Cryo-EM 越来越多地用于获取膜蛋白分子的原子级分辨率结构[8]。Doyle等[9]于1998 年首次阐明细菌K+通道KcsA 的结构。他们又于2016 年描绘出电压门控型K+通道Eag1(KV10.1)的结构,揭示出一种新的电压依赖性调节机制[10]。此后,又有研究者运……

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