王磊團(tuán)隊(duì)與合作者在《Cell Research》解析人源Pannexin 1通道的結(jié)構(gòu)與功能
2020年3月12日，我院王磊課題組與中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）竺淑佳課題組以及中科院上海藥物所余學(xué)奎課題組合作完成了題為“Cryo-EM structure of human heptameric Pannexin 1 channel”（《人源七聚體Pannexin 1通道的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)》）的研究論文，合作解析了人源Pannexin 1通道的結(jié)構(gòu)與功能。
細(xì)胞之間的交流是細(xì)胞發(fā)育及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持的基礎(chǔ)。Pannexin蛋白通道家族是一類大孔徑通道，在細(xì)胞與細(xì)胞之間的交流過程中起著至關(guān)重要的作用。其中，Pannexin 1是研究最為廣泛的一種亞型。它廣泛參與三磷酸腺苷（ATP）及離子的通透，與多種生理和病理功能密切相關(guān)。前期，王磊課題組在四個(gè)獨(dú)立家系中發(fā)現(xiàn)由Pannexin 1基因突變引起的孟德爾顯性遺傳病，這些突變體通過影響蛋白糖基化和加速 ATP 釋放最終導(dǎo)致卵子死亡（Sang et al., Sci Transl Med. 2019）。在此研究中，竺淑佳課題組通過爪蟾卵母細(xì)胞的電生理實(shí)驗(yàn)，證實(shí)這些突變體可以激活Pannexin 1通道的活性。但因缺乏Pannexin通道蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，限制了這些突變體分子機(jī)制的解析及靶向藥物的設(shè)計(jì)。
研究人員通過真核細(xì)胞重組表達(dá)了人源野生型Pannexin 1蛋白，并摸索了蛋白純化條件。用單顆粒冷凍電鏡解析了3.2埃分辨率的人源野生型PANX1三維結(jié)構(gòu)，并揭示其七聚體的組裝形式，完全不同于之前領(lǐng)域內(nèi)普通認(rèn)為Pannexin 1是六聚體通道的結(jié)論。通過結(jié)構(gòu)的分析，研究人員進(jìn)一步解析了ATP通透的限制性位點(diǎn)，揭示了胞外端74位的色氨酸形成一個(gè)直徑小于10埃的門控環(huán)。結(jié)合ATP通透性檢測(cè)、觀察突變體表型、電生理記錄等一系列功能學(xué)實(shí)驗(yàn)， 進(jìn)一步證實(shí)了74位的色氨酸對(duì)ATP通透的選擇性調(diào)控機(jī)制。Pannexin 1通道蛋白的結(jié)構(gòu)與功能解析，將為與人類Pannexin 1基因突變相關(guān)疾病的治療藥物開發(fā)提供重要信息。
復(fù)旦大學(xué)研究生曲榮貴負(fù)責(zé)所有的生化及功能實(shí)驗(yàn)，藥物所博士后冬黎黎參與了數(shù)據(jù)分析及模型搭建，為該論文共同第一作者。卓越中心研究助理張繼林參與了數(shù)據(jù)采集及功能實(shí)驗(yàn)。IBS為第一單位及共通訊單位。本項(xiàng)目得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、上海市科技重大專項(xiàng)、上海市啟明星項(xiàng)目等基金的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-020-0298-5
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