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人体细胞内的钾、钠、氯等离子稳态一旦失衡，就会导致高血压、抑郁、癫痫等一系列疾病。在细胞膜上，有一类被称为阳离子氯离子共转运蛋白的蛋白质，可有效调控细胞内的离子稳态。浙江大学医学院郭江涛课题组日前解析了这类蛋白质中的一个成员人源钾氯共转运蛋白KCC1的2.9埃的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了钾离子和氯离子的结合位点，提出一个钾氯共转运机理的模型。这项成果10月25日刊登于《科学》。
由于钾氯共转运蛋白中的一个成员KCC2不停地将细胞内的钾离子和氯离子转运至细胞外，使得抑制性神经元细胞内能够维持较低的氯离子浓度。如果KCC2发生突变，抑制性神经传递就会受到破坏，从而引发各种神经系统疾病。但KCC家族的面纱为何一直没有被揭开？郭江涛介绍，原因在于钾氯共转运蛋白的样品获得不容易，且较小分子量的膜蛋白的高分辨率结构解析具有挑战性。
课题组经过大量的蛋白表达和纯化条件的优化，最终获得足够量的可用于冷冻电镜数据收集的KCC1蛋白样品。此时，浙江大学冷冻电镜中心的300 kv的高性能冷冻电镜Titan Krios派上了大用场。为了减少电子对蛋白的辐射损伤，蛋白样品需要在冷冻环境下进行数据收集。在数据收集前，科研人员用液态乙烷把蛋白溶液样品快速冷冻在一张铜网上。电镜数据收集过程有点像拍电影：在8秒内连续拍摄40张照片，形成一个微电影。
课题组最终获得了两套2.9埃高分辨率的KCC1的三维结构。这将有助于下一步设计针对KCC的药物，为治疗癫痫等疾病提供帮助。（来源：中国科学报 崔雪芹）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.aay3129 
