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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

大連化物所等發(fā)現(xiàn)新的真核環(huán)核苷酸門控離子通道門控分子機(jī)理

2020-06-03 大連化學(xué)物理研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

　　CNG離子通道主要分布在高等脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，與視覺(jué)神經(jīng)傳感和嗅覺(jué)神經(jīng)傳感密切相關(guān)。在視細(xì)胞中，感光色素的光激活會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)cGMP配體的濃度，從而導(dǎo)致CNG通道關(guān)閉，使細(xì)胞膜產(chǎn)生超極化。在嗅覺(jué)神經(jīng)元中，嗅覺(jué)受體被氣味分子激活，致使細(xì)胞內(nèi)cAMP配體濃度增加，導(dǎo)致CNG離子通道開(kāi)放，使細(xì)胞膜去極化。CNG離子通道基因中某些致病突變是導(dǎo)致失明和色盲的直接原因。因而，對(duì)CNG離子通道門控機(jī)理的研究對(duì)理解相關(guān)的致病機(jī)理和生物學(xué)過(guò)程有重要意義。

　　以往研究觀點(diǎn)認(rèn)為CNG離子通道的關(guān)鍵門控氨基酸是位于該蛋白胞外區(qū)域的E379，李國(guó)輝團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)理論模擬發(fā)現(xiàn)，CNG離子通道真正發(fā)揮門控作用的關(guān)鍵氨基酸是位于CNG離子通道S6螺旋上的F403和V407。為了進(jìn)一步證實(shí)理論研究的新發(fā)現(xiàn)，楊建和阿希姆·弗蘭克團(tuán)隊(duì)通過(guò)單顆粒冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術(shù)分別解析了CNG通道開(kāi)放狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)和F403/V407雙突變下的高分辨三維結(jié)構(gòu)，并通過(guò)電生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)了F403和V407雙疏水閥在調(diào)控CNG通道離子傳輸?shù)暮诵淖饔?。該工作的完成使研究人員對(duì)CNG離子通道門控機(jī)理的分子基礎(chǔ)有了新的認(rèn)知。

　　研究成果發(fā)表在《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）雜志上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B類“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”等支持。

圖：a) CNG離子通道冷凍電鏡密度;(b) CNG單體結(jié)構(gòu)比對(duì);(c)CNG離子通道半徑

　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李國(guó)輝團(tuán)隊(duì)與美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授楊建和阿希姆·弗蘭克(Joachim Frank)團(tuán)隊(duì)合作，在解釋真核環(huán)核苷酸門控離子通道(Cyclic nucleotide-gated channel）門控分子機(jī)理研究中取得新進(jìn)展。
　　CNG離子通道主要分布在高等脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，與視覺(jué)神經(jīng)傳感和嗅覺(jué)神經(jīng)傳感密切相關(guān)。在視細(xì)胞中，感光色素的光激活會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)cGMP配體的濃度，從而導(dǎo)致CNG通道關(guān)閉，使細(xì)胞膜產(chǎn)生超極化。在嗅覺(jué)神經(jīng)元中，嗅覺(jué)受體被氣味分子激活，致使細(xì)胞內(nèi)cAMP配體濃度增加，導(dǎo)致CNG離子通道開(kāi)放，使細(xì)胞膜去極化。CNG離子通道基因中某些致病突變是導(dǎo)致失明和色盲的直接原因。因而，對(duì)CNG離子通道門控機(jī)理的研究對(duì)理解相關(guān)的致病機(jī)理和生物學(xué)過(guò)程有重要意義。
　　以往研究觀點(diǎn)認(rèn)為CNG離子通道的關(guān)鍵門控氨基酸是位于該蛋白胞外區(qū)域的E379，李國(guó)輝團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)理論模擬發(fā)現(xiàn)，CNG離子通道真正發(fā)揮門控作用的關(guān)鍵氨基酸是位于CNG離子通道S6螺旋上的F403和V407。為了進(jìn)一步證實(shí)理論研究的新發(fā)現(xiàn)，楊建和阿希姆·弗蘭克團(tuán)隊(duì)通過(guò)單顆粒冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術(shù)分別解析了CNG通道開(kāi)放狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)和F403/V407雙突變下的高分辨三維結(jié)構(gòu)，并通過(guò)電生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)了F403和V407雙疏水閥在調(diào)控CNG通道離子傳輸?shù)暮诵淖饔?。該工作的完成使研究人員對(duì)CNG離子通道門控機(jī)理的分子基礎(chǔ)有了新的認(rèn)知。
　　研究成果發(fā)表在《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）雜志上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B類“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”等支持。
　　圖：a) CNG離子通道冷凍電鏡密度;(b) CNG單體結(jié)構(gòu)比對(duì);(c)CNG離子通道半徑
　　

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