清華大學發現Cav通道與其輔助亞基復合物的詳細結構

來自清華大學的研究人員報道稱，她們分離出了來自兔骨骼肌的Cav1.1復合物，并采用單顆粒冷凍電鏡技術借助直接電子檢測和先進的圖像處理確定了它的結構，獲得這一偽四聚體真核生物Cav通道與其輔助亞基的復合物的詳細結構，為認識相關通道的功能和疾病機制提供了重要的框架。

電壓門控Ca2+（Cav）通道可響應膜電位改變而激活，啟動Ca2+介導的細胞信號級聯反應。L型高電壓激活Cav通道Cav1.1專門負責興奮收縮（E-C）偶聯，響應膜電位變化導致骨骼肌收縮。動作電位誘導Cav1.1發生構象改變可激活1型蘭尼堿受體（RyR1），使得肌漿網釋放出Ca2+，隨后觸發肌肉收縮。

Cav1.1復合體由成孔亞基α1和輔助亞基α2δ、β及γ構成，輔助亞基調控了Cav通道的膜運輸、電流動態和門控特性。由于與低鉀性周期性麻痹、心律失常和癲癇發作有關聯，Cav通道代表了重要的藥物靶點。巴噴丁類（gabapentinoid）藥物可直接靶向α2δ-1亞基來治療癲癇及神經性疼痛等疾病。相比同源四聚體Kv通道，真核生物Cav和Nav通道的α1亞基是由一條單多肽鏈構成，形成四個重復結構域（Ⅰ-Ⅳ），每個結構域含6個跨膜螺旋（S1-S6）。然而由于Cav和Nav通道尺寸較大、偽對稱性和高度糖基化阻礙了利用X-射線晶體學來闡明結構。

在這篇文章中研究人員報告稱利用融合谷胱甘肽S-轉移酶（GST）的β1a從兔骨骼肌膜上純化出了內源 性Cav1.1復合物，β1a是Cav1.1獨有的一個輔助亞基。采用單顆粒冷凍電鏡（cryo-EM）確定了它的結構，分辨率達到4.2埃（?）。通過同源建模、剛體對接和從頭建模生成了結構模型。她們通過分析孔道結構域特征性的胞外環、獨特的序列模式，及質譜分析交聯樣本，鑒別出了α1亞基4個同源重復結構域。

新研究揭示出了偽四聚體真核生物Cav通道與其輔助亞基的復合物的詳細結構。盡管要在分子水平上了解離子選擇性和電壓門控還需要進一步提高分辨率，當前的結構分析為了解相關Cav和Nav通道的功能和疾病機制提供了重要的框架。在復合物結構中鑒別出的亞基間交界面為在分子水平上闡明輔助亞基對α1的調控奠定了基礎。