電流門控鈉（Nav）通道控制神經(jīng)元和胸肌細胞的膜激動能力，1952年，法國科學(xué)家霍奇金和赫胥黎發(fā)覺了「鈉離子通道」，鈉離子通道在體內(nèi)起著重要的作用，幾乎所有的植物中的聯(lián)通號啟動都與鈉離子通道有關(guān)，而聯(lián)通號也是控制神經(jīng)活動和胸肌收縮等一系列生理過程的基礎(chǔ)。
在人體中，一共發(fā)覺了九種電流門控鈉離子通道亞型，在不同的臟器和生理活動中發(fā)揮著不可忽略的作用，鈉離子通道異常與神經(jīng)、肌肉和心血管病癥密切相關(guān)，因而解析鈉離子門控通道將為抗生素開發(fā)和機制研究提供重要參考。
在九種鈉離子通道亞型中，Nav1.7，由SCN9A編碼，主要在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中抒發(fā)，是一種很有希望的鎮(zhèn)痛抗生素靶向，在認知訊號傳導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。Nav1.7調(diào)節(jié)覺得神經(jīng)元的激動性，并有助于幾種感官模式的認知。SCN9A的突變與原發(fā)性紅熱痛、與通道病相關(guān)的胸痛不敏感和陣發(fā)性極其腫脹障礙有關(guān)。
研究人員之前報導(dǎo)過人類Nav1.7的結(jié)構(gòu)，在之前的研究中，一種疾腫瘤體Nav1.7（E406K）因為其提高了重組抒發(fā)水平而被選擇使用。將毒素混和后用于結(jié)構(gòu)解析，最終獲得了幀率均為3.2A?的高溫EM結(jié)構(gòu)Nav1.7-PT（ProTx-II和TTX）和Nav1.7-HS（HWTX-IV和STX）。似乎獲得了這種結(jié)構(gòu)，但是基于此推測了野生型的結(jié)構(gòu)，但出于Nav1.7的潛在抗生素作用，須要一個野生型高幀率的結(jié)構(gòu)為抗生素篩選和機制研究提供參考和幫助。
2022年4月26日，顏寧院士團隊與西湖學(xué)院申懷宗研究員課題組合作解析了Nav1.7高幀率結(jié)構(gòu)，以High-ofhumanNav1.7a-pofS6IV為題發(fā)表在Cell刊物。該研究報導(dǎo)了野生型Nav1.7和Nav1.7（E406K）的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)，幀率分別為2.2A?和3.5A?。與最新的與HWTX-IV或ProTX-II結(jié)合的Nav1.7（E406K）結(jié)構(gòu)相比，闡明了這種毒素通過S6IV段的a到π轉(zhuǎn)變對通道門控進行變構(gòu)調(diào)節(jié)。
在這一文章中鈉離子鉀離子通道阻滯劑，研究人員報告了野生型（WT）Nav1.72.2A?的高幀率的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)。Nav1.7-β1-β2復(fù)合物的抒發(fā)量約為突變體的一半，研究人員使用40L的293F細胞獲得了可以用于冷藏的蛋白樣品，最終，從78.5萬多個粒子中獲得了總區(qū)分率為2.2A?的電鏡結(jié)構(gòu)。
在目前的碼率下，研究者構(gòu)建了一個可靠的NTD結(jié)構(gòu)域的原子模型。據(jù)悉，解決了幾個細胞內(nèi)片斷，包括重復(fù)序列I中S6片斷（S6I）以后的額外螺旋片斷、通過柔性聯(lián)接體聯(lián)接到S6II的反螺旋，以及可能屬于氨基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）的密度團。
通過對比發(fā)覺，研究人員對比發(fā)覺Nav1.7和Nav1.4的構(gòu)型十分接近，研究人員還觀察到WTNav1.7的胞內(nèi)門區(qū)存在一個GDN，這與已報導(dǎo)的Nav1.7-PT和Nav1.7-HS的結(jié)果相矛盾。緊接著研究人員比較了曾經(jīng)和現(xiàn)今的結(jié)果，以找尋這些差別的分子基礎(chǔ)。
已報導(dǎo)的Nav1.7-HS/PT的EM圖在跨膜域的大部分區(qū)域顯示良好的質(zhì)量，但S6IV的最后四個螺旋轉(zhuǎn)彎的局部密度更差，依據(jù)推測，這些局部不良的幀率的可能是因為氫鍵異質(zhì)性導(dǎo)致的，這在最初的研究中沒有成功地分類。
Nav1.7-HS的兩個官能團在開始偏離。其中一個氫鍵，在3.1-A?幀率，共享與Nav1.7-WT相同的結(jié)構(gòu)，其中整個S6IV是由螺旋轉(zhuǎn)彎組成的，它們以后被稱為HS-a和WT-a。在Nav1.7-HS的3.0-A?結(jié)構(gòu)中，由組成的螺旋轉(zhuǎn)彎為π型。Nav1.7-PT也是這么，研究人員將其命名為HS-π和PT-π。
總的來說，通過對Nav1.7在毒素缺位和存在情況下的結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)性的比較，發(fā)覺在與GMT（）結(jié)合時PD構(gòu)像發(fā)生了遠程變構(gòu)調(diào)節(jié)。在π型結(jié)構(gòu)中，細胞內(nèi)孔道進一步收縮，一個窗口關(guān)掉，IFM結(jié)合位點被重塑。與HWTX-IV結(jié)合的所有4個S6片斷的伴隨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，為PD中不同重復(fù)序列之間的氫鍵耦合提供了一條清晰的路徑。
通過S6IV簡單的a-π躍遷，細胞內(nèi)門脈的耦合、IFM結(jié)合位點的產(chǎn)生以及對開窗的調(diào)節(jié)都是有趣的，但并不罕見。近來的結(jié)構(gòu)進展表明，a-π躍遷在電流門控離子通道（VGICs）中很常見。在比較動物和狐貍Cav1.1的結(jié)構(gòu)時，首先注意到S6節(jié)段的a和π形態(tài)的差別，它們在PD構(gòu)像上表現(xiàn)出顯著的差別。不僅單鏈真核生物Nav和Cav通道外，在多個TRP通道結(jié)構(gòu)中也觀察到a-π轉(zhuǎn)變參與通道閘門。雖然有這種結(jié)構(gòu)特點，這一次級結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的功能相關(guān)性仍有待進一步研究。
值得注意的是，在高壓激活（HVA）的Cav1和Cav2通道中也觀察到了類似的細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)。雖然缺少IFM基序，HVACav通道包含一個短的III-IV螺旋，在S6III以后，并與CTD發(fā)生交互作用。事實上，在動物通道中，III-IV螺旋與CTD的共折疊是保守的，其構(gòu)型與其他所有導(dǎo)航通道結(jié)構(gòu)不同。
在Nav和Cav通道中，細胞質(zhì)螺旋對于重復(fù)序列III和IV是保守的，而重復(fù)序列I和II中的螺旋則被交換。在Cav2.2中，S6I非常長鈉離子鉀離子通道阻滯劑，直接延展到細胞質(zhì)中，而S6I前面是一個名為AID的縱向螺旋，是Nav1.7中II-III螺旋的補充。在Cav2.2中，AID螺旋和S6II延展的胞質(zhì)片斷與輔助β亞基互相作用。Nav通道重復(fù)序列I和II中的這種胞質(zhì)螺旋是否與未表征的調(diào)控蛋白相關(guān)還有待研究。
其實，高幀率的人類Nav1.7的結(jié)構(gòu)為進一步的生物化學(xué)和估算剖析提供了一個確切的模板，這將有助于未來抗生素的開發(fā)。