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三聚态胞内阳离子(TRimeric Intracellular Cation,TRIC)通道是可以通透单价金属阳离子(如钠离子和钾离子等)的整合膜蛋白。TRIC通道在肌浆网/内质网释放钙离子的过程中发挥重要作用,为其提供抗衡离子流以平衡由于钙离子释放而引起的膜电势变化,从而使得钙离子可以持续从肌浆网/内质网腔内释放到胞浆中,因而,TRIC通道在胞内钙离子的稳态调节中起着至关重要的作用。TRIC通道在真核生物中有两个亚型,即TRIC-A和TRIC-B,其中TRIC-A与血压的稳定和调节相关,而TRIC-B与肺泡成熟、胶原蛋白合成以及骨质生成等过程密切相关。在多个国家的成骨发育不全病人中都检测到了编码TRIC-B基因的突变。有研究表明TRIC-B功能失调会导致体内钙离子稳态失调,影响胶原蛋白合成和分泌相关的分子伴侣和修饰酶等的活性,从而引起胶原蛋白的折叠和修饰失常,进而影响了骨质的发育。尽管国际学术界对于TRIC通道的功能研究较多,TRIC通道发挥作用的分子机制(如离子选择性的基础和门控机制等)仍不明确,有待进一步的研究阐明。 为了揭示TRIC通道的工作机制,通过结构生物学和生物化学相结合的方法对TRIC通道展开了研究。解析了来源于秀丽隐杆线虫TRIC-B的两个亚型即CeTRIC-B1和CeTRIC-B2截短体的晶体结构,其中CeTRIC-B1处于钙离子结合的状态,而CeTRIC-B2则是无钙离子结合的状态。分析发现TRIC通道的总体结构不同于经典的四聚态钾离子通道或钠离子通道,其离子通透路径不位于多聚体界面上,而是被包含在每个单体中。TRIC通道为三聚体,每个单体有七次跨膜,形成一个沙漏型的孔道,结构和功能数据都表明其为离子的通透路径。形成孔道的组成部分中含有一个内源性的4,5-磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)分子。PIP2分子的亲水头部与孔道壁上的两个保守的碱性氨基酸相互作用,形成通道的胞质侧门控位点;同时,PIP2分子的疏水尾部有助于通道形成稳定的三聚体。三聚体中的单体之间可能存在正向协同效应,一个单体孔道的开放过程与其它两个孔道的开放存在正协同关系。在有钙离子和没有钙离子结合的两个结构中,胞质侧的第五和第六个跨膜螺旋之间的loop区(M5-6)呈现出一个明显的构象差异。CeTRIC-B2的M5-6loop离单体孔比较远,而CeTRIC-B1中的M5-6loop离单体孔比较近而且长度较短,这种构象变化直接改变了孔道的胞质侧入口处的表面电势分布。 通过一系列的结构分析和功能验证,讨论并解释了胞质侧钙离子促进通道活性的机理,并且提出了该通道活性受电压调控的结构基础。简而言之,本文的研究首次揭示了TRIC通道的三维结构,并探讨了TRIC通道活性调控的分子机理。