蛋白质上海设施用户报道人源TRPC6和TRPC3通道的冷冻电镜结构
时间 : 2018-05-25     

2018426日,国家蛋白质科学研究(上海)设施用户北京大学分子医学所,北京大学-清华大学生命科学联合中心,研究员陈雷研究组与迪哲医药有限公司首席执行官、北京大学分子医学所客座教授 张小林博士合作,在《细胞研究》杂志发表题为《人源受体激活的TRPC6TRPC3通道结构》(Structure of the receptor-activated human TRPC6 and TRPC3 ion channels),报道了人源TRPC63.8)和TRPC34.4)通道的冷冻电镜结构,揭示了TRPC通道组装模式,为进一步研究其工作机制提供了结构模型。

在果蝇光感受机制的研究过程中,人们发现并克隆了TRP通道。随后果蝇TRP通道在哺乳动物中的同源通道蛋白也被逐一发现并克隆,它们组成了庞大的TRP通道家族。其中TRPCTRPC1-7)通道亚家族和果蝇中TRP通道同源度最高。而TRPC3/6/7亚类也像果蝇TRP通道一样,可以被受体偶联的磷脂酶CPLC)水解PIP2 所生成的DAG所激活,因此被称为受体激活的TRPC通道亚类。这些受体激活的TRPC通道开放后会导致膜电位的去极化和钙离子的内流。它们广泛的分布于人体组织,并参与了多种生理过程,例如神经突触形成、运动协调、肾功能、伤口愈合、癌症扩散、平滑肌收缩及诱导心肌肥大等。值得一提的是TRPC6对于肾小球脏层足细胞足突形成过程至关重要。TRPC6激活突变可以导致家族遗传性局灶性节段性肾小球硬化(FSGS),这是临床上导致大量蛋白尿的一个病因,其中部分患者比较快地发展至终末期肾功能衰竭,目前没有较好的临床疗法。而开发针对TRPC6的抑制剂是治疗该类肾病的一个 较有前途的方向。尽管TRPC6通道如此重要,但其分子水平上的工作机制仍不清楚,归根结底是因为缺乏TRPC6通道高分辨率的结构信息。

近年来,得益于冷冻电镜技术的飞速发展,除了TRPC家族以外,其它TRP通道家族的结构都已经得到了解析。而TRPC通道除了6次跨膜螺旋构成的孔道区以外,还具有较大的胞内N端结构域及C端结构域,这些结构域是如何参与组装TRPC通道四聚体的仍不为人知。张小林博士首先开发了针对TRPC6通道的高亲和力抑制剂,陈雷研究组通过冷冻电镜技术解析了TRPC6通道与抑制剂复合物的分辨率为3.8的结构,同时也解析了TRPC3通道分辨率为4.4埃的结构。这两个结构清晰地展示了TRPC通道的组装模式。通过对突变体的功能研究及结构比对,抑制剂的结合位点也得到了确认。

该项工作由陈雷研究组和迪哲医药有限公司共同完成,其中分子医学所二年级学生汤晴麟和郭文君为共同第一作者。该工作最终的冷冻电镜数据采集在国家蛋白质科学研究(上海)设施电镜分析系统 和北京大学冷冻电镜平台完成,数据处理得到了北京大学CLS计算平台和未名一号高性能计算平台的支持。此外,生物物理所冷冻电镜平台在前期的工作中给予一定支持。本工作获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、生命科学联合中心、青年千人计划等的经费支持。

  (链接:https://www.nature.com/articles/s41422-018-0038-2

  

  图示:a, b 人源TRPC6通道的电子密度图(侧视图)。A,B, C, D 亚基分别为 青色,蓝色,粉色和黄色。Nanodisc的密度显示为灰色。 c 人源 TRPC6通道 的原子模型(侧视图)。d,e 人源TRPC6通道的电子密度图 (d,顶视图 和 e,底视图)。 f,人源 TRPC6通道 的原子模型(底视图)。

  (上海设施提供)