科學家發現鈉漏通道NALCN機制 為復合體工作機制奠定基礎

近日，北京大學未來技術學院分子醫學研究所研員陳雷課題組發現了鈉漏通道NALCN-FAM155A-UNC79-UNC80復合物的冷凍電鏡結構及UNC79-UNC80調節NALCN-FAM155A的機制。這一研究于5月12日發表在《自然-通訊》上。

神經細胞的靜息膜電位(Resting Membrane Potential, RMP)影響著神經細胞的可興奮性，對于維持神經細胞正常的生理功能至關重要。鈉漏通道NALCN(Sodium Leak Channel, Nonselective)介導了神經細胞的鈉漏電流，能使靜息膜電位更加去極化，從而提高神經細胞的可興奮性。

NALCN在哺乳動物中高度保守，與電壓門控鈣離子通道(CaV)和電壓門控鈉離子通道(NaV)同源性較高。且參與了諸多與神經系統相關的重要的生物學過程，包括呼吸節律的調節、痛覺感知、生物鐘的調節和快速動眼睡眠等。

“在人群中，NALCN的單點突變會引起多種嚴重的神經發育遺傳疾病，包括精神運動發育遲緩和具有特征面相的小兒肌張力低下癥及四肢和面部先天性攣縮、肌張力低下和發育遲緩癥等。盡管NALCN通道有著如此重要的功能，但其工作機制仍不清楚。”陳雷告訴《中國科學報》。

在2020年，陳雷研究組曾解析NALCN-FAM155A亞復合體的高分辨率結構，闡明了NALCN的鈉離子選擇性、胞外鈣離子阻塞和電壓調節特性的結構基礎，發現了在NALCN通道中獨有的位于II-III linker上的CIH螺旋可以結合在其胞內結構域上。但是UNC79和UNC80的結構以及它們是如何激活NALCN的并不清楚。

先前的研究表明，UNC79和UNC80容易與NALCN-FAM155A亞復合體發生解離。在本項研究中，作者們在NALCN的C末端融合了GFP，UNC80的N末端融合了與GFP高親和力結合的納米抗體以穩定UNC79/80與NALCN間的相互作用。

經過同源蛋白篩選等步驟，研究人員確定以大鼠NALCN和小鼠FAM155A, UNC79和UNC80亞基組成的復合體為研究對象，并在克服了樣品制備、數據處理等困難后，通過單顆粒冷凍電鏡技術獲得了整體分辨率為3.2埃的四元復合物的電子密度，并搭建了原子模型。

結構顯示，UNC79和UNC80均由富含螺旋的結構組成，這些螺旋進一步的組裝成HEAT重復或ARM重復等超螺旋結構。UNC79的N端與UNC80的C端、UNC79與UNC80的中間鉸鏈區以及UNC79的C端與UNC80的N端均存在著緊密的相互作用，形成鉗子狀的復合體，整體形狀類似于無窮號“∞”。

進一步的研究發現，NALCN主要通過胞內loop區與UNC79-UNC80發生相互作用的：NALCN胞質側的I-II linker中的一段β-發卡結構(UNIM-A)與UNC79發生相互作用，II-III linker中的一段loop-螺旋結構(UNIM-B)以及一段L型螺旋結構(UNIM-C)與UNC80發生相互作用。作者們將NALCN與UNC79/80發生相互作用的基序命名為UNC Interacting Motif (UNIM)。

陳雷介紹，該項研究還發現，UNC79, UNC80和FAM155A三個附屬亞基對于NALCN能夠正確的轉運到細胞膜上是必不可少的。“這有可能是因為這些互作使UNC79/80遮擋了NALCN胞質側loop上的內質網滯留信號，從而促進NALCN上膜。另外，這些互作也釋放了CIH對NALCN的自抑制，使其激活。這為深入理解NALCN復合體的工作機制奠定了基礎。”他說。

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