华人科学家Nature揭示新型离子通道

来自哥伦比亚大学、贝勒医学院和北京生命科学研究所等机构的研究人员，在新研究中发现了一个新型的钾离子通道TrkH，并揭示了这一离子通道的门控机制。相关研究论文“Gating of the TrkH ion channel by its associated RCK protein TrkA”发表在4月17日的《自然》（Nature）杂志上。

领导这一研究的是华人科学家、现任职哥伦比亚大学和贝勒医学院的周鸣（Ming Zhou）博士。其主要研究方向是膜转运的分子生理学：通道与载体的结构，功能与调控；脂代谢酶的结构与功能；小分子和天然化合物对通道，载体与酶的高通量筛选。因其突出成果，曾获得Sloan研究奖、Pew 学者奖、Basil O’Connor 学者培养奖和Irma Hirschl 奖等奖项。

K+ 是很多生理过程所必需的，它必须在所有活细胞中聚集以使其能够存活。在细菌中，K+吸收是由K+转运（SKT）蛋白超家族所介导和调控。细菌TrkH、TrkG和KtrB蛋白构成了最大的SKT亚家族。近期报道的来自副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）的TrkH的晶体结构表明，TrkH四个相连接的同源结构域类似于KcsA K+通道的亚单位，但同时它也具有非典型的K+通道结构特征。

TrkH、TrkG和KtrB结合膜蛋白可与一种细胞内调控蛋白形成复合物。与TrkH和TrkG组装到一起的蛋白是TrkA，而KtrB则与KtrA发生互作。KtrA 和TrkA分别是由1个和2个RCR结构域构成的胞质蛋白。

最初TrkH、TrkG和KtrB蛋白被认为是一类H+或Na+依赖性K+转运蛋白，但它们与K+通道的序列和结构相似性表明，这些蛋白有可能具有离子通道功能。然而目前TrkH/TrkG/KtrB蛋白质家族中的所有成员的离子通道活性均未得到过证实。假如TrkH是一种离子通道，那它与TrkA蛋白结合对于通道门控有何影响？

为了解答这些问题，在新研究中哥伦比亚大学的研究人员确定了TrkH–TrkA复合物的结构和功能特征，首次证实了TrkH是一种离子通道。通过解析与TrkH形成复合物，以及孤立存在的TrkA，研究人员发现两种情况下TrkA门控环显示完全不同的构象。当与TrkH形成复合物时，TrkA处于关闭状态；而孤立存在时，TrkA处于开放状态。

此外，研究人员还证实通过TrkH–TrkA复合物的离子流分别受到ATP和ADP的正负调控。有可能细胞内ATP与ADP的比值决定了TrkH的活性。新研究结果表明TrkH离子通道活性有可能是通过ATP诱导TrkA构象改变而实现。由此揭示了一种生物体影响代谢状态调控离子导入的新机制。