當地時間2019年2月14日，顏寧研究組在《科學》（Science）背靠背在線發表了題目分別為《μ-芋螺毒素阻斷人源電壓門控鈉離子通道Nav1.2的分子機理》(Molecular basis for pore blockade of human Na+ channel Nav1.2 by the μ-conotoxin KIIIA)和《人源電壓門控鈉離子通道Nav1.7與輔助亞基和動物毒素復合物的結構》(Structures of human Nav1.7 channel in complex with auxiliary subunits and animal toxins)的兩篇研究長文。
兩篇文章分別解析了人源電壓門控鈉離子通道（以下簡稱鈉通道）Nav1.2與其特異性阻斷毒素μ-芋螺毒素KIIIA復合物和人源鈉通道Nav1.7與其特異性調節毒素ProTx-II或Huwentoxin-IV復合物的冷凍電鏡結構，分辨率分別為3.0和3.2 埃（1埃=0.1納米），為深入理解鈉通道工作機理、疾病突變致病機理和特異性毒素與其相互作用機理提供了分子基礎，同時為針對鈉通道的多肽類藥物研發提供了可靠模板。
兩篇文章在線發表后，顏寧也第一時間在微博上表示了慶賀：
在人電壓門控鈉(Nav)通道的九種亞型中，由SCN9A編碼并在外周感覺神經元中高表達的Nav1.7與疼痛綜合征有直接關系。Nav1.7的突變出現在許多疼痛綜合征中，包括極度疼痛障礙等。Nav1.7的精確結構模型將有助于這一有前途的目標的藥物發現。
Nav1.7-PT和Nav1.7-HS的總體結構
真核細胞人Nav通道具有較高的序列相似性。昆蟲、電鰻和人類具有代表性的NaV通道的冷電鏡結構揭示了核心α亞基的相同結構。一個單一的多肽鏈，即α亞基，折疊成4個同源重復序列，每個重復包含6個跨膜螺旋，命名為S1-S6。每個重復序列中的S1-S4片段構成電壓傳感域(VSD)，它附著在由S5和S6螺旋所包圍的中心離子導電孔域(PD)上。VSD和PD段符合在電壓門控離子通道(VGIC)超家族中流行的規范域交換組裝。S5和S6之間的序列包括選擇性過濾器(SF)，它被兩個半膜穿透的再入孔螺旋P1和P2夾在一起。四個重復序列(Asp/Glu/Lys/Ala(DEKA)中相應的SF位點上的四個不同的殘基是Na選擇(21)的特征基序。
雖然α亞基本身就足以用于離子滲透的電壓依賴性門控，但它受一個或多個β輔助亞基的調節。所有四個β亞基，即β1-β4，都會影響Nav1.7的通道特性，盡管β1和β2通常與Nav1.7α亞基共同表達以進行生物物理表征。電鰻和人類的Nav1.4-β1復合物的結構揭示了α與β1(17，18)之間的相互作用細節，但其他β亞基的結合模式仍有待于結構上的闡明。
HWTX-IV和ProTx-Ⅱ的結合位點和潛在工作機制
在這里，研究人員報道了人源Nav1.7-β1-β2復合物與孔阻滯劑和門控改性劑毒素(GMT)結合的冷凍電鏡結構，其中河豚毒素與原毒素-Ⅱ結合，Saxitoxin與Huwentoxin-IV結合，整體分辨率達到3.2 Å。除了VSDII的小位移外，這兩種結構幾乎相同，VSDII的S3-S4連接器以類似的方式容納這兩個GMT。另外一種原毒素-II位于VSDIV中S3-S4鏈接器的頂部。這些結構可能代表一種滅活狀態，所有四個VSD“向上”和細胞內的門關閉。這些結構說明了機械理解Nav1.7的功能和疾病的途徑，并為結構輔助止痛藥的發展奠定了基礎。
原文鏈接：
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/02/13/science.aaw2493
2 Science：μ-圓錐毒素KIIIA阻斷人源Na通道Nav1.2的分子基礎
電壓門控鈉(Nav)通道負責動作電位的快速上升，因此在細胞膜興奮性和電信號傳遞中起著至關重要的作用。NAV通道復合體通常由一個由SCNxA編碼的核心α亞基(x=1-5對應于Nav1.1-NaV1.5，x=8-11，對應于Nav1.6-Nav1.9)和一個或兩個輔助β亞單位組成。當α亞基足夠用于電壓傳感和離子選擇性電導時，β亞基調節α亞基的膜定位，調節Na電流的峰值，改變電壓依賴性通道激活和失活的動力學。β亞基包括一個氨基(N)末端免疫球蛋白(Ig)結構域、一個單跨膜螺旋(TM)和一個胞內結構域，β1和β3通過非共價相互作用與α結合，而β2和β4分別與α(6-10)形成二硫鍵。
人Nav1.2-β2復合物與μ-圓錐毒素KIIIA結合的冷凍電鏡分析
來自電鰻和人類Nav1.4與β1的復合物的結構顯示界面在這兩個物種之間是保守的。 洞察其他β亞基的識別主要來自誘變分析和個體β亞基的結構信息。
除了β亞基外，NAV通道還受到各種動物毒液中大量天然毒素的調節。通常有兩類毒素，孔阻滯劑和門控改性劑毒素(GMT)。前者以胍類神經毒素河豚毒素(TTX)和Saxitoxin(STX)為例，直接阻斷離子電導。后者通常是長度從幾個殘基到幾十個殘基的肽，與電壓敏感域(VSD)結合，改變通道的電壓依賴的門控特性。一些肽類毒素，例如從錐形蝸牛中鑒定出的μ-圓錐毒素，也起著孔隙阻滯劑的作用。與小分子孔道阻滯劑相比，肽類阻滯劑具有更嚴格的NaV亞型特異性，因此由于NAV通道的病理生理意義，代表了藥理學意義的線索。
肽類毒素與NaV通道的結合方式不同
昆蟲Nav通道NavPaS的結構與TTX、STX和GMT，Dc1a相互配合，揭示了這些具有代表性的毒素的識別和作用方式的分子基礎。在本文中，我們介紹了β1和β2亞基的配合物Nav1.7的結構，以及(1)GMTs Pro毒素II(ProTxII)和TTX(Nav1.7-PT)和(II)Huwentoxin-IV(HWTX-IV)和STX(Nav1.7-HS)的結構。然而，關于NAV通道與肽類孔阻滯劑之間的分子識別，還沒有任何結構信息。
在這里，研究人員報告了在輔助亞基β2存在下，人源Nav1.2與肽類孔阻滯劑μ-cono毒素KIIIA結合的冷凍電鏡結構，分辨率達到3.0 Å。β2的免疫球蛋白(Ig)結構域通過二硫鍵與孔隙結構域的肩部相互作用。16-殘基KIIIA在重復I至Ⅲ中與胞外段相互作用，將Lys 7置于選擇性過濾器的入口。許多相互作用的殘基是Nav1.2特有的，揭示了KIIIA特異性的分子基礎。該結構為NaV通道特定亞型阻滯劑的合理設計建立了一個框架.
原文鏈接：
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/02/13/science.aaw2999
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