NaChBac是第一個被表徵為電壓門控的Na +（Nav）通道，已經成為研究Nav通道結構與功能關係的原核原型。在近二十年前發現的NaChBac的結構尚未確定。
2020年6月8日，顏寧團隊在PNAS 在線發表題為「Employing NaChBac for cryo-EM analysis of toxin action on voltage-gated Na+ channels in nanodisc」的研究論文，該研究介紹在洗滌劑膠束和納米圓盤中NaChBac的單粒子冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）分析。在兩種條件下，NaChBac的構象與潛在滅活的NavAb的構象幾乎相同。確定納米光碟中NaChBac的結構使研究人員能夠檢查脂質雙層中Nav通道的門控修飾劑毒素（GMT）。
為了研究哺乳動物Nav通道中的GMT，該研究生成了一個嵌合體，其中Nav1.7的第二個電壓感測域中S3和S4區段的細胞外片段替換了NaChBac中的相應序列。此解決方案可實現毒素對接的可視化。因此，NaChBac可以用作膜環境中GMT與Nav通道之間相互作用的結構研究的便捷替代品。
另外，2020年5月13日，顏寧等團隊在Nature 在線發表題為」Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1「的研究論文，該研究介紹了人類ACAT1的冷凍電子顯微鏡結構。每個protomer都由九個跨膜段組成，這些段包圍了一個胞質通道和一個在預計的催化位點會聚的跨膜通道。結構指導的突變分析的證據表明，醯基輔酶A通過細胞質通道進入活性位點，而膽固醇可能從側面通過跨膜通道進入。這種結構和生化特徵有助於合理化ACAT1對不飽和醯基鏈的偏好，並提供對MBOAT家族中酶催化機制的見解（）。
2020年5月13日，顏寧等團隊在Nature 在線發表題為」Structure and mechanism of human diacylglycerol O-acyltransferase 1「的研究論文，該研究介紹了人類DGAT1的冷凍電子顯微鏡結構。每個DGAT1都有9個跨膜螺旋，其中8個形成保守的結構摺疊，將其命名為MBOAT摺疊。DGAT1中的MBOAT摺疊在膜中形成一個中空腔室，該腔室包圍著高度保守的催化殘留物。該腔室有兩個底物，脂肪醯基輔酶A和二醯基甘油的單獨入口。 DGAT1可以同型二聚體或同型四聚體形式存在，兩種形式具有相似的酶活性。DGAT1的N末端與鄰近的protomer相互作用，而這些相互作用是酶促活性所必需的（）。
電壓門控鈉（Nav）通道通過響應可激發細胞中跨膜電場（膜電位）的變化，選擇性地將Na +滲透到整個細胞膜上來啟動和傳播動作電位。在人類中，Nav通道有9個亞型，即Nav1.1至1.9，其在電子信號中的核心作用反映在與Nav通道異常功能相關的各種疾病中。迄今為止，已在人類Nav通道中鑑定出1,000多種突變，這些突變與癲癇，心律不齊，疼痛症候群，自閉症譜系障礙和其他疾病有關。Nav通道的結構和功能機制的闡明將有助於對基礎生物學的理解，並有助於潛在的臨床應用。
真核Nav通道由成孔的α亞基和輔助亞基組成。α亞基由一條多肽鏈構成，該多肽鏈摺疊成六個跨膜段（S1到S6）的四個重複域（I到IV）。來自每個部分的S5和S6片段構成通道的孔區域，其側翼是由S1至S4形成的四個電壓感測域（VSD）。VSD是一個相對獨立的結構實體，為依賴電壓的通道（Nav，Kv和Cav通道）和酶中的電壓傳感提供了分子基礎。
由於冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）的技術進步，能夠分辨來自不同物種的Cav和Nav通道的原子結構，並具有獨特的輔助亞基，動物毒素和FDA批准的藥物。Nav1.7的突變與各種疼痛疾病有關，例如對疼痛漠不關心或極端疼痛綜合症。在存在β1和β2亞基的情況下，確定了結合孔阻斷劑（Protoxin II與河豚毒素；Huwentoxin IV [HWTX-IV]與saxitoxin）及結合的狼蛛門控修飾劑毒素（GMT）的人Nav1.7的結構，總解析度為3.2Å。毒素的較差解析度可能是由於去汙劑膠束中與膜的相互作用喪失所致。據報導，完整的膜可促進這些毒素的作用。
來自嗜鹼性芽孢桿菌的NaChBac是第一個被鑑定的原核Nav通道。隨後對該家族的更多直系同源物進行了表徵。與真核對應物相反，細菌Nav通道是6-TM亞基的同源四聚體。以NavAb和NavRh為例的細菌Nav通道已被用作結構-功能關係研究的重要模型系統。儘管在二十年前被發現，原型NaChBac的結構仍然未知。
在原核和真核Nav通道之間，所表徵的GMT結合位點不保守。在這些嵌合體中，VSDs的細胞外半部分被真核對應物的相應序列取代。這些研究為VMT上GMT的功能提供了重要的見識，並促進了在不同構象中Nav通道的結構闡明。
最常用的支架蛋白是NavAb。但是，NavAb在昆蟲細胞中的過表達和純化既昂貴又緩慢。可替代地，NavRh不能被記錄在任何測試的異源系統中。因此，該研究專注於NaChBac。通過克服適用於冷凍EM分析的重組NaChBac的技術挑戰，該研究能夠解決洗滌劑膠束和納米圓盤中NaChBac的結構。產生了能與HWTX-IV結合的NaChBac嵌合體。在納米圓盤中，其單獨結構以及與HWTX-IV的結構分別確定為3.5和3.2Å解析度。
為了研究哺乳動物Nav通道中的GMT，該研究生成了一個嵌合體，其中Nav1.7的第二個電壓感測域中S3和S4區段的細胞外片段替換了NaChBac中的相應序列。單獨和與HuwenToxin IV（HWTX-IV）配合使用的納米盤嵌入嵌合體的Cryo-EM結構分別確定為3.5和3.2Å解析度。與HWTX-IV結合的人Nav1.7的結構相比，該結構的總解析度為3.2Å，毒素的局部解析度已從約6Å提升到了約4Å。此解決方案可實現毒素對接的可視化。因此，NaChBac可以用作膜環境中GMT與Nav通道之間相互作用的結構研究的便捷替代品。
參考消息：
https://www.pnas.org/content/early/2020/06/05/1922903117
本文轉載自公眾號「iNature」（Plant_ihuman）
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原標題：《【科技前沿】顏寧團隊首次解析了被發現20多年的鈉離子通道蛋白》
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