當(dāng)?shù)貢r間2019年2月14日，顏寧研究組在《科學(xué)》（）背靠背在線發(fā)表了題目分別為《μ-芋螺毒素阻斷人源電流門控鈉離子通道Nav1.2的分子機理》(basisforporeofhumanNa+Nav1.2bytheμ-KIIIA)和《人源電流門控鈉離子通道Nav1.7與輔助亞基和植物毒素復(fù)合物的結(jié)構(gòu)》(ofhumanNav1.7inwithand)的兩篇研究長文。
兩篇文章分別解析了人源電流門控鈉離子通道（以下簡稱鈉通道）Nav1.2與其特異性阻斷毒素μ-芋螺毒素KIIIA復(fù)合物和人源鈉通道Nav1.7與其特異性調(diào)節(jié)毒素ProTx-II或-IV復(fù)合物的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)，幀率分別為3.0和3.2埃（1埃=0.1納米），為深入理解鈉通道工作機理、疾病突變致病機理和特異性毒素與其互相作用機理提供了分子基礎(chǔ)，同時為針對鈉通道的氨基酸類抗生素研制提供了可靠模板。
兩篇文章在線發(fā)表后鈉離子鉀離子通道阻滯劑，顏寧也第一時間在微博上表示了祝賀：
1：含輔助亞基和植物毒素的人源Nav1.7通道復(fù)合體結(jié)構(gòu)
在人電流門控鈉(Nav)通道的九種亞型中，由SCN9A編碼并在外周覺得神經(jīng)元中高抒發(fā)的Nav1.7與腹痛綜合征有直接關(guān)系。Nav1.7的突變出現(xiàn)在許多腫脹綜合征中，包括極其腫脹障礙等。Nav1.7的精確結(jié)構(gòu)模型將有助于這一有前途的目標(biāo)的抗生素發(fā)覺。
Nav1.7-PT和Nav1.7-HS的總體結(jié)構(gòu)
真核細(xì)胞人Nav通道具有較高的序列相像性。動物、電鰻和人類具有代表性的NaV通道的冷電鏡結(jié)構(gòu)闡明了核心α亞基的相同結(jié)構(gòu)。一個單一的氨基酸鏈，即α亞基，折疊成4個同源重復(fù)序列，每位重復(fù)包含6個跨膜螺旋，命名為S1-S6。每位重復(fù)序列中的S1-S4片斷構(gòu)成電流傳感器域(VSD)，它附著在由S5和S6螺旋所包圍的中心離子導(dǎo)電孔域(PD)上。VSD和PD段符合在電流門控離子通道(VGIC)超家族中流行的規(guī)范域交換組裝。S5和S6之間的序列包括選擇性過濾器(SF)，它被兩個半膜穿透的再入孔螺旋P1和P2夾在一起。四個重復(fù)序列(Asp/Glu/Lys/Ala(DEKA)中相應(yīng)的SF位點上的四個不同的殘基是Na選擇(21)的特點基序。
盡管α亞基本身就足以用于離子滲透的電流依賴性門控，但它受一個或多個β輔助亞基的調(diào)節(jié)。所有四個β亞基，即β1-β4，就會影響Nav1.7的通道特點，雖然β1和β2一般與Nav1.7α亞基共同抒發(fā)以進行生物化學(xué)表征。電鰻和人類的Nav1.4-β1復(fù)合物的結(jié)構(gòu)闡明了α與β1(17，18)之間的互相作用細(xì)節(jié)，但其他β亞基的結(jié)合模式仍有待于結(jié)構(gòu)上的闡釋。
HWTX-IV和ProTx-Ⅱ的結(jié)合位點和潛在工作機制
在這兒，研究人員報導(dǎo)了人源Nav1.7-β1-β2復(fù)合物與孔阻滯劑和門控改性劑毒素(GMT)結(jié)合的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)，其中河豚毒素與原毒素-Ⅱ結(jié)合，與-IV結(jié)合，整體幀率達(dá)到3.2?。不僅VSDII的小位移外，這兩種結(jié)構(gòu)幾乎相同，VSDII的S3-S4聯(lián)接器以類似的形式容納這兩個GMT。另外一種原毒素-II坐落VSDIV中S3-S4鏈接器的底部。這種結(jié)構(gòu)可能代表一種滅活狀態(tài)，所有四個VSD“向上”和細(xì)胞內(nèi)的門關(guān)掉。這種結(jié)構(gòu)說明了機械理解Nav1.7的功能和癌癥的途徑，并為結(jié)構(gòu)輔助鎮(zhèn)痛藥的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
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2：μ-圓柱毒素KIIIA阻斷人源Na通道Nav1.2的分子基礎(chǔ)
電流門控鈉(Nav)通道負(fù)責(zé)動作電位的快速上升，因而在細(xì)胞膜激動性和聯(lián)通號傳遞中起著至關(guān)重要的作用。NAV通道復(fù)合體一般由一個由SCNxA編碼的核心α亞基(x=1-5對應(yīng)于Nav1.1-NaV1.5，x=8-11，對應(yīng)于Nav1.6-Nav1.9)和一個或兩個輔助β亞單位組成。當(dāng)α亞基足夠用于電流傳感器和離子選擇性濁度時，β亞基調(diào)節(jié)α亞基的膜定位，調(diào)節(jié)Na電壓的峰值，改變電流依賴性通道激活和失活的動力學(xué)。β亞基包括一個羧基(N)末端免疫球蛋白(Ig)結(jié)構(gòu)域、一個單跨膜螺旋(TM)和一個胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，β1和β3通過非共價互相作用與α結(jié)合，而β2和β4分別與α(6-10)產(chǎn)生二硫鍵。
人Nav1.2-β2復(fù)合物與μ-圓柱毒素KIIIA結(jié)合的冷藏電鏡剖析
來自電鰻和人類Nav1.4與β1的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)顯示界面在這兩個物種之間是保守的。洞察其他β亞基的辨識主要來自誘變剖析和個體β亞基的結(jié)構(gòu)信息。
不僅β亞基外，NAV通道還遭到各類植物毒液中大量天然毒素的調(diào)節(jié)。一般有兩類毒素，孔阻滯劑和門控改性劑毒素(GMT)。后者以胍類神經(jīng)毒素河豚毒素(TTX)和(STX)為例，直接阻斷離子濁度。前者一般是寬度從幾個殘基到幾十個殘基的肽，與電壓敏感域(VSD)結(jié)合，改變通道的電流依賴的門控特點。一些肽類毒素，比如從錐形蝸牛中鑒別出的μ-圓柱毒素，也起著孔隙阻滯劑的作用。與小分子孔道阻滯劑相比，肽類阻滯劑具有更嚴(yán)格的NaV亞型特異性，因而因為NAV通道的病理生理意義，代表了毒理學(xué)意義的線索。
肽類毒素與NaV通道的結(jié)合形式不同
動物Nav通道的結(jié)構(gòu)與TTX、STX和GMT，Dc1a互相配合，闡明了那些具有代表性的毒素的辨識和作用形式的分子基礎(chǔ)。在本文中，我們介紹了β1和β2亞基的配合物Nav1.7的結(jié)構(gòu)，以及(1)GMTsPro毒素II()和TTX(Nav1.7-PT)和(II)-IV(HWTX-IV)和STX(Nav1.7-HS)的結(jié)構(gòu)。但是鈉離子鉀離子通道阻滯劑，關(guān)于NAV通道與肽類孔阻滯劑之間的分子辨識，還沒有任何結(jié)構(gòu)信息。
在這兒，研究人員報告了在輔助亞基β2存在下，人源Nav1.2與肽類孔阻滯劑μ-cono毒素KIIIA結(jié)合的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)，幀率達(dá)到3.0?。β2的免疫球蛋白(Ig)結(jié)構(gòu)域通過二硫鍵與孔隙結(jié)構(gòu)域的頭部互相作用。16-殘基KIIIA在重復(fù)I至Ⅲ中與胞外段互相作用，將Lys7放在選擇性過濾器的入口。許多互相作用的殘基是Nav1.2特有的，闡明了KIIIA特異性的分子基礎(chǔ)。該結(jié)構(gòu)為NaV通道特定亞型阻滯劑的合理設(shè)計構(gòu)建了一個框架.
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（來源：復(fù)旦學(xué)院結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心陌陌公眾號）