2018年3月22日，清华大学医学院王廷亮与刘晓冬研究组合作，在《自然•通讯》（Nature Communications）杂志在线发表了题为“多囊肾病家族蛋白PKD2L1冷冻电镜结构”（Cryo-EM structure of the polycystic kidney disease-like channel PKD2L1）的研究长文。将冷冻电镜及电生理等技术手段结合，该工作首次获取并报道了多囊肾病家族蛋白PKD2L1原子分辨率（3.38Å）结构，并对通道的结构-门控关系进行了初步分析。该研究成果进一步推进了对TRP（Transient Receptor Potential channels，瞬时感受器电位通道）家族蛋白工作机制的理解，为深入解析常见遗传性疾病ADPKD（Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease，常染色体显性遗传性多囊肾病）等病生理过程提供了重要基础。
TRP通道是生命体和细胞的重要“分子传感器”。来源于内部环境和外部世界的刺激，如膜电位以及疼痛、温度、机械力（如流体剪切力）、化学（如辣椒素）、基本味觉等多种重要感觉刺激，可将通道激活并形成钙离子等阳离子的内向型电流。多囊型TRPP是TRP家族中的重要成员，证据提示PKD2（TRPP2）的突变可造成纤毛流体感知功能及钙信号的紊乱，进而引发多囊肾病变。类似地，PKD2L1 （TRPP3）也可表达于细胞纤毛等处并介导其钙动态，并与多个模态的感觉功能（如酸味觉及反感性咸味觉等）密切相关。
研究团队经过三年不懈的努力，基于可激活鼠源PKD2L1重组表达四聚体通道，成功得到高纯度蛋白样品，继而运用冷冻电镜技术，利用单颗粒三维重构的方法最终获得了PKD2L1蛋白整体3.38埃的近原子分辨率结构 （图1a）。本文作者利用特定的PKD2L1变体，在确认其酸响应和钙响应等重要功能完好的基础上（图1b），精细调控蛋白制备的钙浓度等约束条件，首次获得并报道了激活相关的TRPP结构；与之前已报道的PKD2结构不同，本研究中PKD2L1结构的离子选择性过滤器（Selectivity Filter）和下部门控（Lower Gate）均呈显相对开放的状态。同源蛋白PKDL1与PKD2的详细对比分析提示TRPP通道很可能具有非常新颖的门控机制（图1c）。
图1:基于高分辨率PKD2L1蛋白结构的通道工作机理模型
清华大学医学院基础医学系王廷亮和生物医学工程系刘晓冬研究员、生命科学学院博士后张琰青为本文共同通讯作者。清华大学生命科学学院博士生宿强、医学院胡斐卓和生物医学工程系刘玉霞为本文的共同第一作者。清华大学本科生葛霄飞、博士后闫创业、副研究员周强也参与了蛋白优化和结构解析部分的研究。清华大学冷冻电镜平台雷建林博士为冷冻电镜数据收集提供了帮助。电镜数据采集于清华大学冷冻电镜平台，计算工作得到清华大学高性能计算平台、国家蛋白质设施实验技术中心(北京)的支持。上海长征医院梅长林教授、郁胜强教授、申瑷文为本课题的长期研究做出了重要贡献。本工作主要获得国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委以及科技部的经费支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03606-0
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