5月21日，清华大学医学院颜宁教授研究组在Nature在线发表了名为《电压门控钠离子通道细菌同源蛋白的晶体结构》（Crystal structure of an orthologue of the NaChBac voltage-gated sodium channel）的科研论文，报道了电压门控钠离子通道细菌同源蛋白NavRh的晶体结构，并对其功能性质和工作机理进行了研究。这是世界上首次解析出处于灭活构象（inactivated conformation）的电压门控离子通道的结构，也是第一次发现钠离子通道中的抑制离子结合位点。
电压门控钠离子通道NavRh的整体结构是由四个亚基组成的空间上不完全对称的四聚体。通道中心为孔道结构域，四周围绕的是电压感应结构域。
电压门控钠离子通道（Voltage gated sodium channel）广泛存在于人体中，能够引起可激活细胞的动作电位，在神经兴奋与传导、中枢神经系统的调控、心脏搏动、平滑肌蠕动和骨骼肌收缩等过程中都具有重要功能，是人体电信号传导过程的必需蛋白。电压门控钠离子通道的功能缺陷将会引发严重的疾病，如高血钾周期性麻痹、强直性肌痉挛症和心律不齐等，因而钠离子通道是重要的药物靶点。
国际上对于电压门控钠离子通道的功能研究已有60余年。相比于钾离子通道的结构生物学研究进展，钠离子通道的结构生物学研究，由于技术上的巨大难度，进展十分缓慢。2001年发现了电压门控钠离子通道的细菌同源蛋白，从而为解析钠离子通道的结构提供了可能。10多年来全世界许多结构生物学实验室都将这项课题作为攻关项目。
经过多年的不懈努力，颜宁领导的研究团队解析了电压门控钠离子通道NavRh的三维晶体结构，首次从结构的角度报道了抑制离子钙离子在电压门控钠离子通道的结合位点，也是首次获得处于灭活构象的电压门控离子通道。通过与另一电压门控钠离子通道NavAb的结构比对，颜宁研究组首次根据三维晶体结构模拟了通道中门控电荷（gating charges）的转移过程。这项工作不但为真核电压门控钠离子通道功能的进一步研究提供有力的结构依据，而且为该领域存在的重大争议问题提供结构线索。此外，相对高性价比的纯化和结晶方法，使得NavRh可以用来进行以结构为基础的药物设计和药物筛选。
此项研究与哈佛大学David Clapham教授以及诺贝尔奖获得者、洛克菲勒大学Roderick Mackinnon教授等研究组合作完成。上海同步辐射以及日本SPring-8同步辐射为数据收集提供了及时有效的支持。
电压门控钠离子通道NavRh的整体结构是由四个亚基组成的空间上不完全对称的四聚体。通道中心为孔道结构域，四周围绕的是电压感应结构域。
Crystal structure of an orthologue of the NaChBac voltage-gated sodium channel
Xu Zhang, Wenlin Ren, Paul DeCaen, Chuangye Yan, Xiao Tao, Lin Tang, Jingjing Wang, Kazuya Hasegawa, Takashi Kumasaka, Jianhua He, Jiawei Wang, David E. Clapham & Nieng Yan
Voltage-gated sodium (Nav) channels are essential for the rapid depolarization of nerve and muscle1, and are important drug targets2. Determination of the structures of Nav channels will shed light on ion channel mechanisms and facilitate potential clinical applications. A family of bacterial Nav channels, exemplified by the Na+-selective channel of bacteria (NaChBac)3, provides a useful model system for structure–function analysis. Here we report the crystal structure of NavRh, a NaChBac orthologue from the marine alphaproteobacterium HIMB114 (Rickettsiales sp. HIMB114; denoted Rh), at 3.05 Å resolution. The channel comprises an asymmetric tetramer. The carbonyl oxygen atoms of Thr 178 and Leu 179 constitute an inner site within the selectivity filter where a hydrated Ca2+ resides in the crystal structure. The outer mouth of the Na+ selectivity filter, defined by Ser 181 and Glu 183, is closed, as is the activation gate at the intracellular side of the pore. The voltage sensors adopt a depolarized conformation in which all the gating charges are exposed to the extracellular environment. We propose that NavRh is in an ‘inactivated’ conformation. Comparison of NavRh with NavAb4 reveals considerable conformational rearrangements that may underlie the electromechanical coupling mechanism of voltage-gated channels.
文献链接：https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature11054.html
