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      新的分子圖揭示了細(xì)胞如何噴出鉀
      
			
      
				2019-01-07 10:41:17
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      洛克菲勒大學(xué)羅德里克麥金農(nóng)分子神經(jīng)生物學(xué)和生物物理實(shí)驗(yàn)室的新研究首次確定了離子通道的完整結(jié)構(gòu)，該離子通道通過將鉀離子從細(xì)胞中發(fā)送出去，在細(xì)胞電信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。極快的速度。通過揭示分子如何工作的新見解，本研究可以更深入地了解細(xì)胞內(nèi)膜與細(xì)胞內(nèi)部過程之間的聯(lián)系，包括電子信號(hào)的鈣調(diào)節(jié)，這是肌肉收縮和神經(jīng)活動(dòng)的核心。結(jié)果在12月14日出版于Nature的兩篇論文中有所描述。
      

      新的分子圖揭示了細(xì)胞如何噴出鉀
      

      鉀通道既可以調(diào)節(jié)電脈沖的發(fā)生，也可以在脈沖產(chǎn)生后終止脈沖。一種這樣的鉀 通道，稱為BK或“大鉀”通道，將離子傳導(dǎo)至其他鉀通道的 20倍。為此，BK響應(yīng)兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)因素 - 細(xì)胞膜上的電活動(dòng)和鈣的水平 - 它們聯(lián)系在一起。
      

      當(dāng)BK發(fā)生故障時(shí)，電池可能變得過于活躍，因?yàn)樗鼈儫o法關(guān)閉電脈沖。這導(dǎo)致諸如高血壓，遺傳性哮喘和膀胱過度活動(dòng)癥之類的疾病，其中血管系統(tǒng)，氣道或膀胱中的平滑肌過度活躍。
      

      不需要水晶
      

      MacKinnon開始嘗試研究這個(gè)通道的結(jié)構(gòu)，包括大約15年前離子通過的隧道狀孔; 但是新的成像技術(shù)剛剛使這項(xiàng)工作變得可行。這是因?yàn)閹资陙恚茖W(xué)家通常不得不從蛋白質(zhì)分子中生長(zhǎng)晶體以確定其結(jié)構(gòu)。然而，正如大蛋白質(zhì)的情況一樣，BK不會(huì)合作，科學(xué)家也無法將其變成晶體。
      

      由于最近開發(fā)的方法稱為低溫電子顯微鏡，麥金農(nóng)等研究人員不再需要晶體。相反，它們可以將分子凍結(jié)在冰中。使用安裝在Evelyn Gruss Lipper Cryo-Electron顯微鏡資源中心的最先進(jìn)設(shè)備，MacKinnon，研究助理肖濤和博士后Richard Hite創(chuàng)建了BK內(nèi)原子排列的三維重建。原子級(jí)分子結(jié)構(gòu)有助于解釋BK與其他離子通道相比如何能夠釋放出如此多的鉀。
      

      揭示了分子秘密
      

      “BK中的孔隙比其他鉀通道的孔隙寬得多。實(shí)際上，它形成了一個(gè)通向細(xì)胞內(nèi)部的寬漏斗，”Tao說。“漏斗的表面帶有負(fù)電荷，從細(xì)胞內(nèi)吸引帶正電荷的鉀離子進(jìn)入細(xì)孔。”
      

      為了使鉀流過BK，通道的孔隙必須打開，并且它響應(yīng)兩個(gè)觸發(fā)因素：鈣，另一種對(duì)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)重要的離子; 細(xì)胞膜上的電壓變化，當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生電脈沖時(shí)發(fā)生。
      

      在與鈣離子結(jié)合后，通道壓縮自身，改變形狀，使其片被向外拉，孔變寬。
      

      雖然研究人員無法直接觀察通道如何響應(yīng)電壓變化，但結(jié)構(gòu)確實(shí)提供了解釋這種開放機(jī)制的線索。研究人員說，對(duì)鈣和電壓的敏感性最有可能使通道微調(diào)其反應(yīng)。
      

      “研究人員一直在尋求通過開發(fā)激活BK的藥物來治療許多疾病，但迄今為止沒有成功，”海特說。“通過BK的原子結(jié)構(gòu)，我們現(xiàn)在有了一張地圖來指導(dǎo)這些工作，幫助我們了解渠道的哪些部分可以最有效地作為目標(biāo)。”
      

      MacKinnon開始研究這個(gè)頻道的功能屬性作為博士后。“BK是我研究的第一個(gè)鉀通道，因此最終觀察其分子結(jié)構(gòu)非常令人滿意，”麥金農(nóng)說，他是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的John D. Rockefeller Jr.教授，也是2003年的接受者。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
      
			

			
        
      
			
      
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