发布时间:2022-05-13 16:44 原文链接: 北大陈雷课题组发现钠漏通道复合物的冷冻电镜结构

  近日,北京大学未来技术学院分子医学研究所研员陈雷课题组发现了钠漏通道NALCN-FAM155A-UNC79-UNC80复合物的冷冻电镜结构及UNC79-UNC80调节NALCN-FAM155A的机制。这一研究于5月12日发表在《自然-通讯》上。

  神经细胞的静息膜电位(Resting Membrane Potential, RMP)影响着神经细胞的可兴奋性,对于维持神经细胞正常的生理功能至关重要。钠漏通道NALCN(Sodium Leak Channel, Nonselective)介导了神经细胞的钠漏电流,能使静息膜电位更加去极化,从而提高神经细胞的可兴奋性。

  NALCN在哺乳动物中高度保守,与电压门控钙离子通道(CaV)和电压门控钠离子通道(NaV)同源性较高。且参与了诸多与神经系统相关的重要的生物学过程,包括呼吸节律的调节、痛觉感知、生物钟的调节和快速动眼睡眠等。

  “在人群中,NALCN的单点突变会引起多种严重的神经发育遗传疾病,包括精神运动发育迟缓和具有特征面相的小儿肌张力低下症及四肢和面部先天性挛缩、肌张力低下和发育迟缓症等。尽管NALCN通道有着如此重要的功能,但其工作机制仍不清楚。”陈雷告诉《中国科学报》。

  在2020年,陈雷研究组曾解析NALCN-FAM155A亚复合体的高分辨率结构,阐明了NALCN的钠离子选择性、胞外钙离子阻塞和电压调节特性的结构基础,发现了在NALCN通道中独有的位于II-III linker上的CIH螺旋可以结合在其胞内结构域上。但是UNC79和UNC80的结构以及它们是如何激活NALCN的并不清楚。

  先前的研究表明,UNC79和UNC80容易与NALCN-FAM155A亚复合体发生解离。在本项研究中,作者们在NALCN的C末端融合了GFP,UNC80的N末端融合了与GFP高亲和力结合的纳米抗体以稳定UNC79/80与NALCN间的相互作用。

  经过同源蛋白筛选等步骤,研究人员确定以大鼠NALCN和小鼠FAM155A, UNC79和UNC80亚基组成的复合体为研究对象,并在克服了样品制备、数据处理等困难后,通过单颗粒冷冻电镜技术获得了整体分辨率为3.2埃的四元复合物的电子密度,并搭建了原子模型。

  结构显示,UNC79和UNC80均由富含螺旋的结构组成,这些螺旋进一步的组装成HEAT重复或ARM重复等超螺旋结构。UNC79的N端与UNC80的C端、UNC79与UNC80的中间铰链区以及UNC79的C端与UNC80的N端均存在着紧密的相互作用,形成钳子状的复合体,整体形状类似于无穷号“∞”。

NALCN-FAM155A-UNC79-UNC80复合体的结构 (采访对象供图,下同)

  进一步的研究发现,NALCN主要通过胞内loop区与UNC79-UNC80发生相互作用的:NALCN胞质侧的I-II linker中的一段β-发卡结构(UNIM-A)与UNC79发生相互作用,II-III linker中的一段loop-螺旋结构(UNIM-B)以及一段L型螺旋结构(UNIM-C)与UNC80发生相互作用(图1)。作者们将NALCN与UNC79/80发生相互作用的基序命名为UNC Interacting Motif (UNIM)。

  陈雷介绍,该项研究还发现,UNC79, UNC80和FAM155A三个附属亚基对于NALCN能够正确的转运到细胞膜上是必不可少的。“这有可能是因为这些互作使UNC79/80遮挡了NALCN胞质侧loop上的内质网滞留信号,从而促进NALCN上膜。另外,这些互作也释放了CIH对NALCN的自抑制,使其激活。这为深入理解NALCN复合体的工作机制奠定了基础。”他说。

UNC79-UNC80激活NALCN的机制的示意图

相关文章

我国冷冻电镜再发Nature三维结构解析免疫机制

10月2日,《自然》杂志在线发表了我国科学家的一项关于免疫系统如何发挥作用的重要成果。通过海量的实验与计算,来自中国科学院物理所、中国医学科学院等单位的研究人员,成功解析与原核短Ago系统相关的高分辨......

喜报|PNAS:颜宁团队发布2023年首个研究成果

电压门控钠通道Nav1.6在中枢神经系统(CNS)神经元放电中起着至关重要的作用。Nav1.6的功能异常可能导致癫痫等神经系统疾病。因此,Nav1.6的特异性抑制剂具有治疗潜力。2023年1月25日,......

2023年,颜宁团队首个研究成果发表!

电压门控钠通道Nav1.6在中枢神经系统(CNS)神经元放电中起着至关重要的作用。Nav1.6的功能异常可能导致癫痫等神经系统疾病。因此,Nav1.6的特异性抑制剂具有治疗潜力。2023年1月25日,......

1180万元|北师大珠海校区采购这家冷冻电镜

近日,北京师范大学珠海校区发布“北京师范大学珠海校区理工实验平台场发射透射电子显微镜(生物电镜)、等离子体聚焦离子束扫描电镜采购(包二)”中标,花费1180万元采购赛默飞冷冻聚焦离子束主机和Sante......

Cell:颜宁团队破解药物联合使用的致命副作用机制

抗病毒药物索非布韦(sofosbuvir)与抗心律失常药物胺碘酮的药物相互作用已被报道可引起致命的心跳减慢。据报道,Sofosbuvir及其类似物MNI-1可增强胺碘酮对心肌细胞钙离子处理的抑制作用,......

1.5亿预算,光明科学城技改及零星增项工程开启

近日,光明科学城发布《光明科学城启动区土建工程项目技改及零星增项工程》,欲采购冷冻电镜、猴笼、核磁屏蔽设备等多项相关系统,涉及金额1.5亿。据悉,该项目建设单位为同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司......

施一公等登Science封面:AI与冷冻电镜揭示「原子级」NPC结构

6月10日,《Science》杂志以封面专题形式发表了5篇论文,其中3篇论文共同揭开了人类核孔复合体的近原子分辨率冷冻电镜结构,另外两项研究通过非洲爪蟾呈现了脊椎动物核孔复合体的单颗粒冷冻电镜图像。这......

北大陈雷课题组发现钠漏通道复合物的冷冻电镜结构

近日,北京大学未来技术学院分子医学研究所研员陈雷课题组发现了钠漏通道NALCN-FAM155A-UNC79-UNC80复合物的冷冻电镜结构及UNC79-UNC80调节NALCN-FAM155A的机制。......

北大陈雷课题组发现钠漏通道复合物的冷冻电镜结构

近日,北京大学未来技术学院分子医学研究所研员陈雷课题组发现了钠漏通道NALCN-FAM155A-UNC79-UNC80复合物的冷冻电镜结构及UNC79-UNC80调节NALCN-FAM155A的机制。......

这一单位签下复旦400万冷冻电镜项目

近日,复旦大学发布《冷冻电镜高性能计算集群》项目,花费近400万购买冷冻电镜。中标详细信息如下:一、项目编号:202029DG二、项目名称:复旦大学冷冻电镜高性能计算集群采购三、项目金额:399.00......