田長麟教授研究組與合作者提出離子通道動態(tài)雙構(gòu)象轉(zhuǎn)換的離子選擇性新機制
中國科學技術(shù)大學田長麟教授研究組與德國萊布尼茨分子藥物所Adam Lange及孫涵課題組合作，應(yīng)用固體核磁共振、單通道電生理及分子動力學模擬等方法揭示了NaK離子通道的離子選擇性新機制。該研究成果以 A single NaK channel conformation is not enough for non-selective ion conduction為題，于2月19日發(fā)表在Nature communications上。
離子通道是細胞膜上的一類特殊親水性蛋白質(zhì)微孔道，在細胞膜上形成動作電位和梯度電位，決定細胞的興奮性和傳導性。絕大多數(shù)離子通道對不同的離子（K+, Na+, Ca2+, Cl-等）有選擇性的通透，但仍有一部分離子通道可以非選擇性的通過幾種離子。研究人員在KcsA鉀離子通道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了“鉀離子通道通過選擇過濾器(Selective filter)中主鏈C=O形成水合離子配位方式實現(xiàn)離子選擇性”的靜態(tài)機制模型，獲得了廣泛認同。但是，近年來高分辨率X-射線晶體結(jié)構(gòu)顯示NaK離子通道在結(jié)合不同離子時（如 Na+， K+， Rb+）其靜態(tài)通道結(jié)構(gòu)完全一致，這無法解釋其如何識別和通透這些離子。
田長麟課題組以非選擇性通道NaK為研究對象，將其重組裝到磷脂雙分子膜內(nèi)（還原離子通道所存在的細胞膜環(huán)境），并與Adam Lange組合作，通過魔角旋轉(zhuǎn)固體核磁方法獲得高分辨固體NMR譜圖，并獲得了不同金屬陽離子條件下譜峰歸屬。NMR譜圖數(shù)據(jù)表明，NaK在生理環(huán)境下通道存在兩種構(gòu)象，鉀離子選擇結(jié)合其中一種，而鈉離子選擇另一種。雙方進一步通過固體核磁對原子間距離測量勾畫出了兩種構(gòu)象的結(jié)構(gòu)差別，并用分子動力學模擬的方法驗證了兩種構(gòu)象分別對K+和Na+有高度的選擇性。這一研究成果顯示蛋白質(zhì)構(gòu)象多樣性和構(gòu)象間的轉(zhuǎn)換對蛋白質(zhì)功能的重要性，提出了離子通道選擇性的新機制。
田長麟教授課題組已畢業(yè)博士研究生史朝為、何垚，以及Adam Lange組的博士生Kitty Hendriks為該論文的共同第一作者。該研究得到了基金委、科技部、中科院及合肥大科學中心的基金資助。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03179-y
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