? ? 前注：這個(gè)結(jié)構(gòu)生物學(xué)亮點(diǎn)（structural biology highlights）是PDB-101搞的一個(gè)算是“研究亮點(diǎn)合集”的東西，里面收錄的都是美國蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)計(jì)劃（Protein Structure Initiative, PSI）的有趣成果。原網(wǎng)頁中的可互動(dòng)文件很有意思，而且對認(rèn)識那些蛋白結(jié)構(gòu)的確有用，但因技術(shù)原因在此無法重現(xiàn)，所以依然墻裂推薦去原網(wǎng)頁看。

? ? 有許多需要同步協(xié)調(diào)的細(xì)胞活動(dòng)都受鈣離子調(diào)控。比如說，在肌細(xì)胞里，海量鈣離子被儲存在名為肌質(zhì)網(wǎng)（sarcoplasmic reticulum）的特殊區(qū)間當(dāng)中，只等著在某一瞬間如開閘泄洪般地涌出肌質(zhì)網(wǎng)，觸發(fā)整個(gè)肌細(xì)胞各部分同時(shí)收縮。這一套機(jī)制的核心就是蘭尼堿受體（ryanodine receptor）。它是個(gè)門控通道，居于鈣庫的膜上，一旦受到合適的刺激，就會開放并釋放鈣離子。

門控機(jī)制

? ? 蘭尼堿受體（這里展示的結(jié)構(gòu)來自PDB條目3j8e）是個(gè)體量巨大的大分子復(fù)合體，由很多各具功能的組件構(gòu)成。它的主體由四條龐大的肽鏈（藍(lán)色）組成，在整個(gè)復(fù)合體的中心聚集在一起，穿通脂雙層膜，形成了一個(gè)開閉受控的通道（圖片下部）。在胞質(zhì)一側(cè)（圖片上部），肽鏈盤曲折疊成了一個(gè)復(fù)雜而精致的結(jié)構(gòu)，能與許多調(diào)節(jié)通道功能、控制通道開閉的蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用。舉個(gè)栗子，有種名叫鈣穩(wěn)蛋白2（calstabin2）——也叫FKBP12.6——的小蛋白出現(xiàn)在了上面的圖里（綠色），它能夠把通道穩(wěn)定在關(guān)閉的狀態(tài)中。

開合之故，一目了然

? ? 難逃不少與肌肉收縮相關(guān)的蛋白的命運(yùn)，蘭尼堿受體特別容易受到毒素的傷害。它的名號正是來自于一種劇毒的生物堿——蘭尼堿（ryanodine），這玩意能把蘭尼堿受體鎖死在關(guān)閉的狀態(tài)，導(dǎo)致肌肉麻痹?？茖W(xué)家們一直在尋找沒那么激烈的工具來調(diào)控蘭尼堿受體的開與關(guān)，好用以作為治療疾病的藥物，因?yàn)樗墓δ苁д{(diào)在心力衰竭、心律失常這樣的疾病當(dāng)中起著作用。

解析蛋白的形體

? ? 由于蘭尼堿受體體型巨大，身上的部件又生性靈活且“好動(dòng)”，這家伙早已被證明是塊對結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究極不友好的硬骨頭，好在還是有幾個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地用電鏡技術(shù)獲得了接近單原子分辨率的高清結(jié)構(gòu)。這里擺出來的電子密度圖出自NYCOMPS（The New York Consortium on Membrane Protein Structure，紐約膜蛋白結(jié)構(gòu)協(xié)會）的PSI研究員之手，其分辨率足以讓我們辨認(rèn)出整個(gè)復(fù)合體上主要的結(jié)構(gòu)元件。這張圖是依據(jù)有效分辨率的高低來上色的：中央通道部位的分辨率最高（藍(lán)色，分辨率約為4埃），邊緣區(qū)域則稍顯模糊（紅色，分辨率約為6埃）。

感知鈣離子

? ? 有兩種方法可以觸發(fā)蘭尼堿受體通道的開放。有一類蘭尼堿受體直接與電壓門控鈣通道相連，當(dāng)電壓門控鈣通道接受到“開放”的信號時(shí)，它們直接與蘭尼堿受體發(fā)生相互作用，使之一起開放。另一些類型的蘭尼堿受體能夠感知鈣庫外的胞質(zhì)鈣離子濃度，在濃度上升時(shí)開放通道，讓更多鈣離子一股腦地流出去。對它結(jié)構(gòu)的解析發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能的鈣離子結(jié)合結(jié)構(gòu)域，在下圖上以品紅色呈現(xiàn)。PSI研究員們發(fā)現(xiàn)，蘭尼堿受體中形成通道的部分和細(xì)胞質(zhì)中的部分間存在一些相互作用，它們或許在傳導(dǎo)調(diào)控開閉的信號中有重要的作用。若你想探索其中的細(xì)節(jié)，請看下方的可交互式JSmol圖像。

蘭尼堿受體（PDB條目3j8e）

? ? 四個(gè)螺旋組成了蘭尼堿受體的中央通道部分（紅色），分別來自四條肽鏈。一個(gè)保守的甘氨酸殘基（白色）讓這個(gè)螺旋在中間發(fā)生彎折，可能對通道的開閉有重要影響。推測的鈣離子感知元件離通道口比較遠(yuǎn)，是這里的品紅色部分。跨膜區(qū)域與胞質(zhì)側(cè)區(qū)域之間的某些相互作用很可能對把鈣離子的結(jié)合與通道的開放聯(lián)系在一起十分關(guān)鍵。在可交互式的JSmol中，你可以點(diǎn)按下方的按鈕來顯示這些相互作用，包括跨膜螺旋S2和S3間巨大的環(huán)接，以及主要通道螺旋（譯注：指此段開頭提到的那四個(gè)螺旋）C末端延伸區(qū)域與胞質(zhì)側(cè)一個(gè)結(jié)構(gòu)域之間緊密的相互作用。

因技術(shù)與能力限制，請前往原網(wǎng)頁以查看原文中所有超鏈接以及可互動(dòng)的JSmol文件。

封面圖來自顏寧大佬在Science上的文章，題為Structural basis for the gating mechanism of the type 2 ryanodine receptor RyR2

作者：David S. Goodsell

原文網(wǎng)址：https://pdb101.rcsb.org/learn/structural-biology-highlights/ryanodine-receptor

結(jié)構(gòu)生物學(xué)亮點(diǎn)文章目錄：https://pdb101.rcsb.org/learn/structural-biology-highlights/index

PDB-101首頁：https://pdb101.rcsb.org/

RCSB PDB首頁：https://www.rcsb.org/

奇怪的注：

1. “蘭尼堿”這個(gè)東西，也就是讓蘭尼堿受體得名的那個(gè)生物堿，在國內(nèi)資料上有很多不同的叫法。除蘭尼堿之外，雷諾定、雷尼丁、蘭諾丁、魚尼丁之類的我都見過，也有的直接就不翻譯了，就叫ryanodine受體。每次一想到這一點(diǎn)，我就感覺自己的吐槽之魂要控制不住了……咳咳。無論如何，我最喜歡的是蘭尼堿這個(gè)叫法。在此之所以要說明一下，是擔(dān)心有人因?yàn)槊值脑蛘J(rèn)不出來這個(gè)蛋白。話說回來，直接叫簡稱RyR就沒那么多麻煩了，然而原文章里一次簡稱都沒用，喵喵的。

2.?原文里第二個(gè)小標(biāo)題是“Open and Shut Case”，似乎是個(gè)雙關(guān)語。一方面，蘭尼堿受體是個(gè)通道，它的事兒就是開（open）與關(guān)（shut）的事兒；另一方面，open-and-shut case是個(gè)俗語，意思是易如反掌的事情。不過，誰告訴你蘭尼堿受體的調(diào)控是簡單的事兒了？！

3.?蘭尼堿對蘭尼堿受體的作用是有劑量效應(yīng)的，文中寫的鎖定在關(guān)閉狀態(tài)實(shí)際上是濃度較高時(shí)（微摩爾量級）的情況，濃度較低時(shí)（納摩爾量級）則會讓蘭尼堿受體一直處于一種半開不閉的狀態(tài)，即所謂亞傳導(dǎo)狀態(tài)，最終鈣庫會被榨干。

以及奇怪的企劃：

我以前老在想，如果有人問我最喜歡哪個(gè)蛋白，我會說：在所有蛋白里最喜歡離子通道，在離子通道里最喜歡鈣通道，在鈣通道里最喜歡蘭尼堿受體，在蘭尼堿受體里最喜歡蘭尼堿受體2型，雖然至今也沒人這么問過我。過兩天，只要哪天我空閑時(shí)間比較多，我就會著手寫關(guān)于蘭尼堿受體2型的科普。其中內(nèi)容會比較雜，既有冷知識也有熱領(lǐng)域。相信我，flag已經(jīng)立下了。