近日，大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室李國輝研究員團隊與美國哥倫比亞大學楊建教授和阿希姆 弗蘭克(Joachim Frank)教授團隊合作，在解釋真核環(huán)核苷酸門控離子通道(Cyclic nucleotide-gated channel）門控分子機理研究中取得新進展。
CNG離子通道主要分布在高等脊椎動物中樞神經系統(tǒng)中，與視覺神經傳感和嗅覺神經傳感密切相關。在視細胞中，感光色素的光激活會降低細胞內cGMP配體的濃度，從而導致CNG通道關閉，使細胞膜產生超極化。在嗅覺神經元中，嗅覺受體被氣味分子激活，致使細胞內cAMP配體濃度增加，導致CNG離子通道開放，使細胞膜去極化。CNG離子通道基因中某些致病突變是導致失明和色盲的直接原因。因而，對CNG離子通道門控機理的研究對理解相關的致病機理和生物學過程有重要意義。
圖a) CNG離子通道冷凍電鏡密度;(b) CNG單體結構比對;(c)CNG離子通道半徑
以往研究觀點認為CNG離子通道的關鍵門控氨基酸是位于該蛋白胞外區(qū)域的E379，李國輝團隊前期通過理論模擬發(fā)現，CNG離子通道真正發(fā)揮門控作用的關鍵氨基酸是位于CNG離子通道S6螺旋上的F403和V407。為了進一步證實理論研究的新發(fā)現，楊建和阿希姆 弗蘭克團隊通過單顆粒冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術分別解析了CNG通道開放狀態(tài)、關閉狀態(tài)和F403/V407雙突變下的高分辨三維結構，并通過電生理實驗證實了F403和V407雙疏水閥在調控CNG通道離子傳輸的核心作用。該工作的完成使研究人員對CNG離子通道門控機理的分子基礎有了新的認知。
研究成果發(fā)表在《自然-結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）雜志上。該研究得到了國家自然科學基金項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項B類“能源化學轉化的本質與調控”等支持。（文/圖 李國輝、張躍斌）
