Nat Chem Biol：云南大学陈庆锋等团队合作揭示ENaC/DEG超家族中神经肽失活通道的结构和机制

Phe-Met-Arg-Phe-amide（FMRFamide）激活的钠通道（FaNaCs）是由神经肽FMRFamide激活的一系列通道，迄今为止，潜在的配体门控机制仍然未知。

2023年8月7日，云南大学陈庆锋、天津大学田裕涛、叶升及北京大学张哲共同通讯在Nature Chemical Biology 在线发表题为“Structure and mechanism of a neuropeptideactivated channel in the ENaC/DEG superfamily”的研究论文，该研究展示了apo和FMRFamide结合状态下的Aplysia californica FaNaC的高分辨率冷冻电镜结构。

AcFaNaC形成一个杯状三聚体，并具有几个显著的特征，包括两个FaNaC特异性插入区域，一个明显的手指结构域和跨膜结构域(TMD)的非结构域交换跨膜螺旋。一个FMRFamide与位于细胞外结构域最顶部区域的间隙中的每个亚基结合，邻近亚基的残基参与其中。Bound FMRFamide采用扩展构象。FMRFamide紧密结合A.californica FaNaC N 结合方式，导致崩溃的绑定裂和诱发大局部构象重组。这种构象变化通过掌域向下向TMD传播，可能导致TMD向外移动和离子传导孔扩张。

神经肽广泛分布于无脊椎动物和脊椎动物体内，主要作为神经递质和神经调节剂。首先在软体动物中发现的FMRFamide，可以增强软体动物心肌的收缩力，诱导其他肌肉的延长收缩，使心律失常的心脏规律化，甚至诱导静止心脏的跳动。虽然FMRFamide仅存在于无脊椎动物中，但FMRFamide样肽(FLPs;以RFamide结尾的肽)存在于所有动物门中。从鸡脑中分离出的LPLRFamide代表了脊椎动物中报道的第一个FLP，而神经肽FF和神经肽AF是在哺乳动物中发现的第一个FLP，它们在体内给药时具有抗阿片活性。其他具有代表性的哺乳动物FLPs包括催乳素释放肽，它具有催乳素释放和疼痛调节活性，以及热谷氨酰化RFamide肽，它调节食物摄入、产热、脂肪生成和脂肪分解。

与大多数其他功能作用由G蛋白偶联受体介导的神经肽不同，FMRFamide可以直接结合并激活嗜离子受体(FMRFamide-activated sodium channels, FaNaCs)。事实上，肽激活的离子通道是罕见的。除了FaNaCs，其他已知类型的肽激活离子通道包括Hydra钠离子通道，它由神经肽Hydra-Rfamides I和II激活。FaNaCs和Hydra钠通道都属于上皮性钠通道/变性素(ENaC/DEG)阳离子通道超家族，其成员还包括酸感离子通道(ASICs)、ENaCs和DEG通道。

ENaC/DEG超家族通道可以形成同源或异源三聚体，如ASICs和ENaC的结构所示，其中大多数成员具有钠选择性。ENaC/DEG超族通道的激活与电压无关；相反，还涉及许多其他因素。一些是组成性开放的(ENaC)，另一些是被低pH (ASICs)或机械力(DEG)激活的，这使得肽激活的FaNaCs在这个超家族中是不同的。肽激活似乎在ASICs中部分保留；虽然FMRFamide并不单独激活ASICs，但它可以显著增强低pH诱发电。

AcFaNaC的整体结构（图源自Nature Chemical Biology ）

尽管序列相似性较低(~27%的同源性)，但FaNaCs被认为采用与ASIC1相似的三聚体结构。然而，FaNaCs通常具有较长的氨基酸序列，有两个额外的区域称为特异性插入I和II。一些研究已经将FaNaCs中的配体结合位点映射到手指结构域的一个区域。特异性插入I和II也被认为在配体结合、门控或两者中发挥作用。

为了揭示配体特异性和门控的分子机制，作者测定了来自Aplysia californica (AcFaNaC)在载脂蛋白和FMRFamide结合状态下的结构。结合定点诱变、电生理学和分子动力学(MD)模拟，该研究为深入了解FaNaCs的结构和功能提供了重要的见解，并为基于FaNaCs的合成光遗传工具的合理设计铺平了道路，这在神经科学研究中可能具有潜在的应用前景。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-023-01401-7