我國學者提出離子通道動態雙構象轉換的選擇性新機制

　　中國科學技術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鉀離子通道結構基礎上，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離子選擇性”的靜態機制模型，獲得了廣泛認同。但是，近年來高分辨率X-射線晶體結構顯示NaK離子通道在結合不同離子時（如 Na⁺， K⁺， Rb⁺）其靜態通道結構完全一致，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（還原離子通道所存在的細胞膜環境），并與Adam Lange組合作，通過魔角旋轉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譜圖數據表明，NaK在生理環境下通道存在兩種構象，鉀離子選擇結合其中一種，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象的結構差別，并用分子動力學模擬的方法驗證了兩種構象分別對K+和Na+有高度的選擇性。這一研究成果顯示蛋白質構象多樣性和構象間的轉換對蛋白質功能的重要性，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。