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杨帆研究员团队研究成果揭示TRPV1蛋白质三维构象在活细胞中的动态变化过程
        2018年7月23日,《自然通讯》(Nature Communications)在线发表了浙江大学基础医学院杨帆研究员团队的研究论文“The conformational wave in capsaicin activation of transient receptor potential vanilloid 1 ion channel”(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6056546/)。该论文通过综合运用荧光非天然氨基酸成像、蛋白质结构计算建模和单通道电生理记录等生物物理学技术,观察到了TRPV1离子通道在被配体辣椒素分子激活时的“构象波”(conformational wave),揭示了TRPV1蛋白质三维构象在活细胞中的动态变化过程。
        研究人员首先在活细胞中将荧光非天然氨基酸ANAP标记在TRPV1通道的各个关键位置,通过观察在辣椒素激活TRPV1过程中引起的ANAP荧光光谱的变化,发现TRPV1通道的孔区发生了显著的动态构象变化;进一步将ANAP荧光变化的信息在计算结构生物学工具包中整合,从而得到了TRPV1通道的孔区处于开放状态的三维结构模型,该状态的三维结构模型与来自冷冻电镜的两种结构模型相互结合,为理解辣椒素激活TRPV1通道的完整结构机制提供了强有力的支撑。上述三种TRPV1通道的三维结构提示,该通道有上下两个“闸门”来控制离子的流动,其上闸门位于孔区的选择性滤器附近,下闸门位于S6交叉附近。那么,当辣椒素分子与TRPV1通道结合后,是如何动态地打开这两个闸门的呢?研究人员创建了大量的TRPV1通道突变体,并在活细胞中对所有突变体进行单通道记录。通过对来自单通道电生理的开放速率以及平衡常数进行Φ分析,发现辣椒素的结合在时域上首先引起其位于跨膜区内部的结合口袋周围的构象变化,继而引起下闸门附近的构象变化,最后导致上闸门附近的构象变化。这样的构象波能够清晰地反映出辣椒素激活TRPV1通道的动态变化过程。
        TRPV1通道是重要的镇痛药物靶点,故理解其经典配体辣椒素的作用机制将为以该通道为靶点的药物研发打下坚实基础。该研究将荧光非天然氨基酸成像、蛋白质结构计算建模和单通道电生理Φ分析等生物物理技术综合运用的研究策略,普遍适用于各种离子通道蛋白的研究,将为蛋白质结构研究实现由“静”到“动”、由构象到构象波的跨越提供新的思路。
        浙江大学基础医学院生物物理学系的杨帆研究员、西湖大学西湖高等研究院基础医学研究所的肖弦副研究员和美国加州大学戴维斯分校的Bo Hyun Lee博士为该研究的第一作者。该研究得到国家自然科学基金、国家“千人计划”青年项目、美国心脏协会与美国国立卫生研究院等资助。
发布日期:2018-08-25 浏览: 1274