2020年11月17日，西湖學(xué)院閆湞課題組與合作團(tuán)隊(duì)在在線發(fā)表了題為“ofthehumanleakNALCNinwith”的最新研究論文，報(bào)導(dǎo)了一類新型人源離子通道——鈉漏通道的高幀率三維結(jié)構(gòu)（圖1）。
細(xì)胞內(nèi)外的鈉離子和鉀離子含量差造成了細(xì)胞膜外側(cè)存在電勢(shì)差，這些電勢(shì)差對(duì)于激動(dòng)性細(xì)胞的訊號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要。以神經(jīng)細(xì)胞為例，細(xì)胞膜外側(cè)的靜息膜電位（RMP）約為-50~-80mV，低于鉀離子的平衡電勢(shì)（-92mV）。這一去極化趨勢(shì)主要由鈉漏通道NALCN介導(dǎo)的鈉離子電壓來維持，這對(duì)調(diào)節(jié)神經(jīng)元激動(dòng)性十分重要。NALCN的功能異常會(huì)引起例如精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲滯（IHPRF），肌張力亢進(jìn)和發(fā)育遲滯（）鈉鉀離子通道存在，新生兒神經(jīng)軸索營養(yǎng)不良（INAD），精神分裂癥和雙相情感障礙等諸多神經(jīng)相關(guān)疾患。近些年來，有多項(xiàng)研究報(bào)導(dǎo)NALCN在運(yùn)動(dòng)功能、疼痛敏感性和晝夜節(jié)律等許多其他基本的生理過程中也同樣發(fā)揮重要作用。
圖1.人源鈉漏通道NALCN結(jié)構(gòu)藝術(shù)圖（背景圖片來自網(wǎng)路）
雖然NALCN在生理和病理學(xué)中非常重要，相比與之拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相仿的電流門控鈉離子(Nav)和鈣離子（Cav）通道，其結(jié)構(gòu)與功能的研究還不夠深入。研究報(bào)導(dǎo)NALCN與多個(gè)輔助性蛋白互相作用，它們與Nav和Cav中的輔助性蛋白沒有序列上的同源性，暗示了NALCN奇特的調(diào)控機(jī)制。據(jù)悉鈉鉀離子通道存在，對(duì)于NALCN的電壓敏感性以及離子選擇性等生物化學(xué)性質(zhì)仍存在一定的爭(zhēng)議。西湖學(xué)院閆湞及其合作團(tuán)隊(duì)結(jié)合冷藏電鏡、電生理、交聯(lián)質(zhì)譜、分子動(dòng)力模擬等技術(shù)手段對(duì)NALCN的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了深入研究。他們解析了人源鈉漏通道NALCN與輔助性蛋白的復(fù)合物的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)，整體幀率為3.1埃（圖2）。該結(jié)構(gòu)清楚闡明了NALCN與輔助蛋白的互相作用機(jī)制。基于結(jié)構(gòu)的分子動(dòng)力學(xué)模擬鑒別了在NALCN奇特的EEKE選擇性過濾器中潛在的鈉離子結(jié)合位點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)與電生理數(shù)據(jù)都支持NALCN通道活性才能受電流調(diào)控，但是輔助蛋白的結(jié)合才能影響其對(duì)電流的響應(yīng)。在解析的高分辨結(jié)構(gòu)當(dāng)中，還意外發(fā)覺了內(nèi)源性固醇分子與蛋白的特異性結(jié)合，后續(xù)的突變實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步闡明了內(nèi)源固醇分子對(duì)于該離子通道的功能具有重要調(diào)控作用。
圖2.人源鈉漏通道NALCN與復(fù)合物的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)
該成果深入闡述了NALCN的奇特功能，闡明了其離子選擇性，電流感應(yīng)以及與輔助亞基的特異性互相作用的分子基礎(chǔ)，是離子通道領(lǐng)域的重要進(jìn)展。據(jù)悉，該研究為與相關(guān)Nav/Cav通道的特點(diǎn)比較提供了框架，并為探求NALCN通道相關(guān)病癥的機(jī)理提供了重要線索。
西湖學(xué)院閆湞，西湖學(xué)院吳建平，四川學(xué)院楊帆為本文共同通信作者。閆湞課題組科研助理謝炅芳，吳建平課題組博士后柯檬，楊帆課題組博士生徐麗臻為本文共同第一作者。據(jù)悉，該項(xiàng)研究得到西湖學(xué)院冷藏電鏡平臺(tái)，西湖學(xué)院高性能估算平臺(tái)，西湖學(xué)院質(zhì)譜平臺(tái)的大力支持。
閆湞課題組借助生物物理、cryo-EM、電生理、cryo-ET、等多種技術(shù)手段，聚焦于人類重大病癥相關(guān)的通道蛋白的結(jié)構(gòu)與機(jī)理研究，以及動(dòng)物中重要的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)與功能。課題組常年招收生物物理、電生理、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、cryo-ET方向的博士后、科研助理。招收專科、碩士起點(diǎn)的博士研究生。同時(shí)，十分歡迎優(yōu)秀的大專生前來做結(jié)業(yè)設(shè)計(jì)。課題組將按照成員的背景和職業(yè)規(guī)劃量身定做培養(yǎng)計(jì)劃，借以培養(yǎng)優(yōu)秀的人才，做優(yōu)秀的科研工作，歡迎加盟。Email: