2024年颜宁团队再取进展!

电压门控钙(Cav)通道在响应膜去极化时介导Ca2+内流是必不可少的。Cav通道的激活触发了基本的生理过程，如肌肉收缩、神经递质释放、激素分泌和突触整合。

2024年3月5日，清华大学/深圳医学研究院颜宁团队在Cell Research在线发表题为“Structural basis for different ω-agatoxin IVA sensitivities of the P-type and Q-type Cav2.1 channels”的研究论文，该研究揭示了不同ω-agagoxin IVA灵敏度的P型和Q型Cav2.1通道的结构基础。

该研究报告了Cav2.1单独和与MVIIC或Aga-IVA复合物的冷冻电镜结构，总分辨率为2.9-3.1 Å。这些结构揭示了两种选择性肽毒素选择性抑制Cav2.1的分子决定因素，为亚型特异性治疗的发展奠定了基础。

另外，2024年2月21日，清华大学/深圳医学科学院颜宁团队在PNAS在线发表题为“Dissection of the structure–function relationship of Navchannels”的研究论文，为了描述人类Nav通道的结构-功能关系，该研究以人类Nav1.7为原型进行了系统的结构分析。根据野生型(WT)Nav1.7与含有11个突变的变体Nav1.7- M11之间的结构差异，该研究生成了另外三个中间突变体，并以2.9-3.4 Å的总分辨率求解了它们的结构。在孔域(PD)上有9个点突变的突变体被命名为Nav1.7-M9，其空腔体积减小，门密封，所有电压感应域(VSD)保持在上。WT和Nav1.7-M9的结构比较指出了两个可能对PD收紧至关重要的残基。然而，包含这两个突变的变体Nav1.7-M2，甚至与VSD中另外两个突变Nav1.7-M4结合，都未能使PD收紧。该结构分析表明，静态失活I-V曲线的右移与PD收缩的趋势相关。研究人员预测静息状态下的通道应该有一个“紧”的PD和低的VSD（点击阅读）。

由CACNA1A编码的P/Q型Cav通道Cav2.1普遍存在于神经元和神经内分泌细胞中，在神经递质的释放、突触可塑性和神经元兴奋性的调节中起重要作用。Cav2.1是治疗神经系统疾病(如癫痫和偏头痛)的潜在治疗靶点P/Q型的定义源于它们最初分离的细胞类型，P型来自小脑浦肯野细胞，Q型来自小脑颗粒细胞。P/Q类型可以通过不同的失活动力学和对ω-agatoxin IVA (Aga-IVA)的不同敏感性来区分Aga-IVA可有效阻断P型通道，kD值为1 ~ 2 nM，而Q型通道的敏感性较弱。有报道称，在第四个电压感应域(VSD)连接S3和S4片段的环中插入Asn-Pro (NP)基序的CACNA1A的选择性剪接(在VSDIV中称为S3-4IV环)可显著降低Aga-IVA的敏感性。除AgaIVA外，ω-concontoxin MVIIC (MVIIC)可选择性有效抑制P/Q型通道。

研究人员首先检测了人Cav2.1全长在α2δ-1和β3辅助亚基存在下的通道活性。电压相关的Ba2+(IBa)电流的稳态激活和失活特性分别为-9.64 ± 0.30 mV和-63.08 ± 0.98 mV。结构分析显示，MVIIC在选择性过滤器(SF)上方的外口被明确地分离出来，Aga-IVA附着在VSDIV的细胞外周。为简化说明，将Cav2.1与MVIIC和Aga-IVA的复合物分别称为Cav2.1-M和Cav2.1-A。

Cav2.1的整体结构与Cav2.2和Cav2.3非常相似，具有一个低的VSDII和一个磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)分子结合在VSDII和孔域(PD)之间的间隙上。PD闭合的胞内门进一步由Cav2特有的重复序列II的细胞质螺旋(CHII螺旋)保护。尽管整体结构相似，但某些区域，特别是重复序列I和IV中的细胞外环(ECLs)存在明显差异，这与这些区域的序列变化一致。ECLs中的差异是Cav2通道对各种肽毒素的独特敏感性的基础。

Aga-IVA和MVIIC亚型选择性抑制Cav2.1的结构基础（图源自Cell Research）

在Cav2.1-M的结构中，MVIIC位于SF的正上方，有效地阻断了Ca2+的进入途径。这种作用机制类似于MVIIC对Cav2.2的作用机制。MVIIC与Cav2.1的相互作用主要由P1和P2螺旋上的极性残基和带电残基以及ECLs介导。Cav2.1-M和Cav2.1-A的结构比较表明，ECLI和ECLIV都略微向外移动以容纳MVIIC。在Cav2.2中，MVIIA结合后也观察到类似的运动然而，局部结构的变化可能并不总是足以创造空间兼容性。事实上，在Cav2.1和Cav2.3之间，ECLI和ECLIV的序列和结构都有很大的不同。Cav2.3的ECLI更靠近中轴线，可能与MVIIC产生不可避免的冲突。这就解释了Cav2.3对MVIIC不敏感的原因。

值得注意的是，Cav2.2和Cav2.3中的S3-4IV环差异很大，这解释了它们对Aga-IVA不敏感的原因。Aga-IVA粘附于含有NP的S3-4IV环的结构观察，从而解释了不同Cav2亚型和Cav2.1剪接变异体的不同敏感性的物理基础。结构比较显示，在Aga-IVA结合时，S4IV向胞内侧轻微向外运动，S4IV向胞内侧半螺旋旋转运动。由于Cav通道中的VSDs在静息状态下应呈“下”构象，结构观察表明Aga-IVA可能通过抑制VSDIV的激活来阻断通道。综上所述，该研究揭示了MVIIC和Aga-IVA对Cav2.1亚型特异性阻断的分子机制，为P型和Q型Cav2.1通道对Aga-IVA的不同反应提供了结构解释，并为开发更有效和选择性的神经疾病调节剂提供了见解。

https://www.nature.com/articles/s41422-024-00940-5