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清华大学王廷亮、刘晓冬研究组在《自然•通讯》发文报导重要钙离子通道PKD2L1结构 时间:2018-03-26

2018年3月22日,清华大学医学院王廷亮与刘晓冬研究组合作,在《自然•通讯》(Nature Communications)杂志在线发表了题为“多囊肾病家族蛋白PKD2L1冷冻电镜结构”(Cryo-EM structure of the polycystic kidney disease-like channel PKD2L1)的研究长文。将冷冻电镜及电生理等技术手段结合,该工作首次获取并报道了多囊肾病家族蛋白PKD2L1原子分辨率(3.38Å)结构,并对通道的结构-门控关系进行了初步分析。该研究成果进一步推进了对TRP(Transient Receptor Potential channels,瞬时感受器电位通道)家族蛋白工作机制的理解,为深入解析常见遗传性疾病ADPKD(Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease,常染色体显性遗传性多囊肾病)等病生理过程提供了重要基础。


TRP通道是生命体和细胞的重要“分子传感器”。来源于内部环境和外部世界的刺激,如膜电位以及疼痛、温度、机械力(如流体剪切力)、化学(如辣椒素)、基本味觉等多种重要感觉刺激,可将通道激活并形成钙离子等阳离子的内向型电流。多囊型TRPP是TRP家族中的重要成员,证据提示PKD2(TRPP2)的突变可造成纤毛流体感知功能及钙信号的紊乱,进而引发多囊肾病变。类似地,PKD2L1 (TRPP3)也可表达于细胞纤毛等处并介导其钙动态,并与多个模态的感觉功能(如酸味觉及反感性咸味觉等)密切相关。

 

研究团队经过三年不懈的努力,基于可激活鼠源PKD2L1重组表达四聚体通道,成功得到高纯度蛋白样品,继而运用冷冻电镜技术,利用单颗粒三维重构的方法最终获得了PKD2L1蛋白整体3.38埃的近原子分辨率结构 (图1a)。本文作者利用特定的PKD2L1变体,在确认其酸响应和钙响应等重要功能完好的基础上(图1b),精细调控蛋白制备的钙浓度等约束条件,首次获得并报道了激活相关的TRPP结构;与之前已报道的PKD2结构不同,本研究中PKD2L1结构的离子选择性过滤器(Selectivity Filter)和下部门控(Lower Gate)均呈显相对开放的状态。同源蛋白PKDL1与PKD2的详细对比分析提示TRPP通道很可能具有非常新颖的门控机制(图1c)。


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图1:基于高分辨率PKD2L1蛋白结构的通道工作机理模型


清华大学医学院基础医学系王廷亮和生物医学工程系刘晓冬研究员、生命科学学院博士后张琰青为本文共同通讯作者。清华大学生命科学学院博士生宿强、医学院胡斐卓和生物医学工程系刘玉霞为本文的共同第一作者。清华大学本科生葛霄飞、博士后闫创业、副研究员周强也参与了蛋白优化和结构解析部分的研究。清华大学冷冻电镜平台雷建林博士为冷冻电镜数据收集提供了帮助。电镜数据采集于清华大学冷冻电镜平台,计算工作得到清华大学高性能计算平台、国家蛋白质设施实验技术中心(北京)的支持。上海长征医院梅长林教授、郁胜强教授、申瑷文为本课题的长期研究做出了重要贡献。本工作主要获得国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委以及科技部的经费支持。



原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03606-0


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