當前位置:江蘇晶美生物科技有限公司>>公司動態>>RyR1通道結構與門控機制研究進展
蘭尼堿受體RyRs是目前已知的zui大離子通道蛋白。在哺乳動物中有三種RyR蛋白,序列相似性約70%,其中RyR1主要分布在骨骼肌細胞中,RyR2主要分布在心肌細胞中,RyR3則zui早在腦細胞中發現。
大量文獻報道統計表明,目前已有超過500種RyR突變體與疾病有關,比如肌*軸空病(central core disease, CCD)、惡性高熱易感癥(malignant hyperthermia susceptibility, MHS),還有心臟病,哮喘等。因此RyRs家族備受關注,然而對于如此大型(RyR1相對分子質量>2200000),又復雜(RyR1四個相同的長度超過5000個氨基酸殘基的三角形單體聚合形成)的離子通道來說,分析起來并不容易,因此自上個世紀70年代科學家發現這個蛋白以來,僅有個別小片段的晶體結構被發現。
研究人員也通過新的蛋白純化策略,利用單顆粒冷凍電鏡方法,成功解析了兔源RyR1蛋白與其抑制蛋白FKBP12復合物,總體分辨率達到了3.8Å的三維結構。
*,這項研究闡明了鈣離子如何通過長程變構激活RyR1通道,這一機制揭示了為什么不同配基可在不同結合位點調節RyR1通道;第二,研究發現了RyR1的通道門控機制,RyR1既可通過跨膜區的“類電壓敏感結構域”(voltage-sensor like domain, VSL)控制通道門控,亦可通過C-末端結構域(C-terminal domain, CTD)控制通道門控,這一機制揭示了為什么RyR1胞漿結構域特別是CTD可控制門控;第三,研究發現了RyR1的離子選擇性機制。與鉀離子通道和鈉離子通道不同,RyR1不是通過選擇性濾器(selectivity filter)上的氨基酸和離子配位來選擇離子,而是通過選擇性濾器中帶負電的氨基酸產生的電場來選擇離子,并且選擇性濾器大小可變。這一機制揭示了為什么RyR1不僅是一個鈣離子通道,而且是一個廣譜的陽離子通道。
兔源RyR1每個單體包含5037個氨基酸,其中3000多個氨基酸的原子坐標獲得解析。RyR1的結構整體呈現四次對稱的金字塔形狀。其跨膜區具有類似于電壓門控離子通道的折疊特點,但還有額外的結構域以實現對通道開閉狀態的調控。
其中,離子傳導通道由S6片段和S5-S6之間延伸的P-肽段組成,這一肽段富含帶負電荷的酸性氨基酸,結構上與NaV,KV以及TRPV1等電壓門控離子通道的選擇性濾器相類似,比如肌漿網腔內部發夾環和沿S6片段分布的P-螺旋兩部分。S6向胞質區延伸的部分富含Asp/Glu殘基,這種由疏水性孔道和富含酸性氨基酸殘基組成的胞質前庭區結構有利于Ca 2+的快速釋放。
研究發現,Ca 2+誘導RyR1構象的zui大變化之一是周邊區域的“聚集”運動,在Ca 2+誘導下,“鉗制” 區和“把手” 區外緣產生約5 Å的向下旋轉運動,引起中心區產生旋轉并導致S4-S5連接螺旋、VSC以及CTD的變化,u -模體發生位移,進一步帶動S6孔道螺旋旋轉,從而導致RyR1孔道產生擴張而開放。
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