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原子结构揭示细胞如何翻译环境信号
2017年05月11日 09:31 来源:中国社会科学网-中国社会科学报 作者:姚晓丹/编译 字号

内容摘要:对三磷酸肌醇受体(IP3R)结构的测定,是长期以来生物医学研究的主要目标之一,因为它在细胞中发挥着“分子火车站”的战略作用,通过传递信号控制着许多细胞运转程序,可以将来自细胞周围环境的信号转化为细胞可以理解和使用的“语言”。

关键词:细胞;原子结构;研究人员;离子通道;脑科学

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  对三磷酸肌醇受体(IP3R)结构的测定,是长期以来生物医学研究的主要目标之一,因为它在细胞中发挥着“分子火车站”的战略作用,通过传递信号控制着许多细胞运转程序,可以将来自细胞周围环境的信号转化为细胞可以理解和使用的“语言”。日本理化技术研究所脑科学研究中心(RIKEN Brain Science Institute,又译日本理研脑科学研究所)的研究人员,经过近10年的努力工作,确定了IP3R分子的原子分辨率结构,这将有助于人们开发出针对许多疾病的更好的治疗方法。

  在所有的活细胞中,都存在着利用化学信号分子进行的细胞内通信。1,4,5—三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-triphosphate,以下简称IP3)就是此类信号分子之一,它通过与IP3R相结合,将钙离子(Ca2+)从细胞中的内质网(endoplasmic reticulum)等钙离子储存处释放出来。嵌入了钙离子的IP3R储存分布在细胞内的各个微区(microdomain),并在神经传导、细胞分化、可塑性以及新陈代谢等多方面发挥关键作用。有关研究成果认为,IP3R与导致脊髓小脑共济失调15/16/29(spinocerebellar ataxia 15/16/29)和吉列斯皮综合症(Gillespie syndrome)的遗传因素相关,并且由于IP3R可以调节细胞的废物处理过程,因此也涉及阿尔兹海默症等神经退行性疾病的病因。尽管IP3R的重要作用是众所周知的,但是此前人们对IP3信号如何触发开启钙离子通道并没有非常清晰的认识。此次日本科研人员对IP3R1晶体结构的确定,揭示了IP3R在原子层面井然有序的运转体系。

  IP3R1是一个直径为20纳米的“微型机械”, 它包含两个功能性子结构:一个IP3结合点和一个钙离子通道孔。IP3结合点和钙离子通道孔之间的距离为7纳米,是类似的离子通道中最长的,关于IP3结合点是如何跨越如此长的距离物理性地打开钙离子通道孔的问题,在过去的数十年中一直没有得到解答。研究人员利用大型同步辐射设备SPring-8对小鼠研究发现,一部分名为曲率ɑ螺旋结构域(curvature α-helical domain)的受体在结合点与通道孔之间发挥了桥梁的作用,ɑ螺旋结构域中的一种叶层结构(leaflet structure)将IP3信号中继到了通道,并有助于解释从IP3结合点到钙离子通道的长距离耦合是如何发生的。

  研究人员认为,这一发现将帮助人们清楚了解IP3R在细胞衰老和肿瘤抑制方面的作用,从而可以针对受体开发出更好的药物和更为多样化的治疗途径。另外,研究人员还发现,其研究也揭示了IP3R在可能导致非洲锥虫病或昏睡病的致病性单细胞生物体的功能运转方面的作用,这可能有助于发现针对这些破坏性疾病的药物。

  (姚晓丹/编译)

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