顏寧：獲取8種冷凍電鏡結構，揭示Ryanodine受體調控機制

心肌收縮是由Ca²⁺進入細胞質引起的，最初來自細胞外環境，由Cav1.2介導，隨后由肌漿網Ca²⁺儲存，由RyR2介導。 Ryanodine受體是已知最大的離子通道，由分子量大于2兆道爾頓的同源四聚體組成。超過80％的蛋白質折疊成多結構域，感知與各種調節劑的相互作用，從離子到蛋白質。 RyR2活性的精確調節對于每次心跳都是至關重要的， RyR2的異常活動與危及生命的心律失常相關。RyR2-CaM復合物的Cryo-EM結構

17kDa的CaM蛋白是一種重要的鈣傳感器，在大多數鈣信號傳導事件中起著重要作用。 CaM由大致對稱的N-和C-末端葉組成，通過柔性鉸鏈連接。每個葉可以通過兩個EF-手（螺旋E和F-手）基序與兩個Ca2 +離子配合，具有微摩爾范圍的結合親和力。在Ca²⁺結合后，兩個葉中的幾個疏水殘基的暴露促進CaM與靶序列的結合。 CaM與ryanodine受體直接相互作用，CaM-RyR的化學計量比為1：1，在納摩爾范圍的結合親和力。CaM和RyR2之間的接口

然而，CaM對ryanodine受體的調節是同種型特異性的。 CaM顯示RyR1的雙相調節，作為納摩爾水平的Ca²⁺（apo-CaM）的弱激活劑和微摩爾水平的Ca²⁺（Ca²⁺-CaM）的抑制劑。相反，apo-CaM對RyR2沒有作用或抑制作用，而Ca²⁺-CaM抑制RyR2。 CaM還被證明有助于終止存儲過載誘導的Ca²⁺釋放（SOICR）。 CaM和RyR2之間的異常相互作用與心力衰竭相關，CaM-RyR2相互作用受損的糾正可以作為壓力超負荷引起的心力衰竭致死性心律失常的治療。Ca²⁺負載后CaM結合位點移位的分子基礎

RyR-CaM復合物的結構表征局限于低分辨率電子顯微鏡圖，其表明在RyR1中對于apo-和Ca²⁺ -CaM存在兩個重疊但不同的結合位點。對應于RyR1的殘基3614-3643（RyR2的中心結構域中的殘基3581-3612）的肽結合apo-CaM和Ca²⁺-CaM。與肽結合的Ca²⁺-CaM的晶體結構揭示了肽的N和C末端的疏水錨，其分別容納Ca²⁺-CaM的C-和N-葉。通過CaM調制RyR2的示意圖

為了闡明CaM對RyR2的調節，該研究報道了RyR2的8個冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，它們共同揭示了不同形式CaM的分子識別特征，并提供了對CaM對RyR2通道門控的調節的見解。Apo-CaM和Ca²⁺-CaM結合由手柄，螺旋和中心區域形成的細長裂縫中的不同但重疊的位點。RyR2上CaM結合位點的轉變受Ca2 +與CaM結合而不是RyR2的控制。Ca2 + -CaM誘導各個中心結構域的旋轉和域內移位，導致PCB95和Ca2 +激活的通道的孔閉合。 相比之下，ATP，咖啡因和Ca2 +激活通道的孔在Ca2 + -CaM存在下保持開放，這表明Ca2 + -CaM是RyR2門控的許多競爭調節劑之一。