高血压是一种严重疾患，会显著加剧罹患心脏、大脑、肾脏疾病以及其他疾病的风险。全世界估计有 12.8 亿 30-79 岁成年人患有高血压。肾脏系统在血压的稳态中起着关键作用，99% 的钠重吸收是通过肾小管完成的，其中远曲小管负责 5%-10% 的钠吸收，却在维持钠稳态和血压调控中发挥重要作用 (1)。
NCC 做为远曲小管的主要钠离子转运体，其功能紊乱会导致 Gitelman Syndrome 或 Gordon syndrome，一直缺乏 NCC 的结构信息 (2, 3)。
2022 年 11 月 9 日，复旦大学生物医学研究院张琰青研究组在 Science Advances 杂志发表了题为 Cryo-EM structure of the human sodium-chloride cotransporter NCC 的研究论文，该研究通过单颗粒冷冻电镜解析了人源 NCC 的高分辨结构。
NCC 由两个功能域组成，跨膜结构域（TMD）和 C 端结构域（CTD）。电镜构显示 NCC 以二聚体的形式存在于溶液中，一些脂质体参与了单体的界面相互作用，稳定了二聚体，并且每个单体 TMD 和另一个单体 CTD 相互作用，形成 domain swap。但是由于 scisser helix 导致 CTD 功能域的摆动，研究人员获得了 2.9Å的 TMD 结构以及 3.8Å的 CTD 结构（图 1）。
图 1 NCC 整体结构及离子结合位置（图源自 Science Advances）
基于 2.9 埃的高分辨率结构，研究人员精细定位了四个离子（两个钠离子和两个氯离子）的结合位点，特别是 Na2 的位置，在前人的 NKCC1 的结构中，只观察到了很弱的电子云密度 (4)，而在 NCC 中观察到了很强的电子云密度。并结合分子生物学实验数据、分子动力学模拟、同源结构序列分析比对，His234 和 Tyr386 在离子转运中发挥重要作用。
通过与最近发表的 NKCC1 向外开口结构的比对（图 2）(5)，该研究发现 TM3 和 TM10 在构象变化中，可以打开盐桥以及胞外门控的极性相互作用，这也为我们了解 NCC 的构象变化提供了重要信息。
图 2 NCC 与 NKCC1 结构比对（图源自 Science Advances）
总的来说，该研究对 NCC 结构的解析加深了对 CCC 家族蛋白的理解，也可为相关疾病的研究和药物的研发提供了结构信息。
复旦大学生物医学研究院博士后南京、清华大学高精尖结构生物学中心袁亚飞、复旦大学生物医学研究院博士后杨雪梅及研究生闪紫阳为本文的共同第一作者。复旦大学生物医学研究院张琰青教授为本文的通讯作者。该工作冷冻电镜样品制备、筛选和采集在复旦大学冷冻电镜平台完成。该研究得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，上海市启明星，复旦大学原创研究计划项目，以及复旦大学和复旦大学附属上海市第五人民医院启动经费的资助。
参考文献：
1. N. F. Meor Azlan, M. P. Koeners, J. Zhang, Regulatory control of the Na-Cl co-transporter NCC and its therapeutic potential for hypertension. Acta Pharm. Sin. B 11, 1117-1128 (2021).
2. D. N. Cruz, A. J. Shaer, M. J. Bia, R. P. Lifton, D. B. Simon, Gitelman's syndrome revisited: an evaluation of symptoms and health-related quality of life. Kidney Int. 59, 710-717 (2001).
3. N. K. Hollenberg, Human hypertension caused by mutations in WNK kinases. Curr Hypertens Rep 4, 267 (2002).
4. T. A. Chew, B. J. Orlando, J. Zhang, N. R. Latorraca, A. Wang, S. A. Hollingsworth, D. H. Chen, R. O. Dror, M. Liao, L. Feng, Structure and mechanism of the cation-chloride cotransporter NKCC1. Nature 572, 488-492 (2019).
5. Y. Zhao, K. Roy, P. Vidossich, L. Cancedda, M. De Vivo, B. Forbush, E. Cao, Structural basis for inhibition of the Cation-chloride cotransporter NKCC1 by the diuretic drug bumetanide. Nat. Commun. 13, 2747 (2022).
原文链接：
DOI: 10.1126/sciadv.add7176
转自：“丁香学术”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
