Nature ：冯亮/廖茂富合作解析Na-K-Cl共转运蛋白NKCC1

来源：BioArt

CCC （Cation–chloride cotransporters）跨膜转运膜蛋白家族（也称为SLC12A家族），负责细胞与外界的Na+离子，K+离子和Cl-离子的相互交换，主要家族成员包括NKCC （转运Na+, K+, Cl- 离子），KCC（转运K+, Cl-离子），NCC（转运Na+, Cl-离子）。它们广泛分布在肾脏、耳、脑、外分泌腺等人体组织器官，在众多生理过程中发挥重要作用。同时这些蛋白也是一些广泛使用的临床药物的常见靶点，包括用以降低血压的噻嗪类利尿剂，和其他用于治疗水肿的利尿剂。不同的CCC蛋白以不同的化学计量比转运Na+, K+, Cl-离子，对离子转运机理的研究一直是深刻理解它们生理功能的中心任务。长久以来科研人员、临床工作者对该家族蛋白进行了大量的研究，但仍有许多问题亟待揭示。

2019年8月1日，斯坦福大学医学院冯亮课题组和廖茂富课题组合作在Nature上发表文章Structure and mechanism of the cation-chloride cotransporter NKCC1，解析了NKCC1的结构。

研究人员通过CryoEM解析了SLC12A家族NKCC1蛋白的原子分辨率结构（TM跨膜区分辨率2.9埃）。初步阐明了NKCC1以1：1：2的比例同时转运Na+, K+, Cl- 离子的机理。这是第一个CCC 跨膜转运膜蛋白家族的结构，包括了完整的TM区和C端功能域。根据解析的机构，NKCC1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TM区域和另一个单体C端功能域相互作用，形成domain swap。

基于2.9埃的高分辨率结构，作者定位了所有四个离子的结合位点，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，验证了结合位点，从而也佐证了NKCC1以1:1:2转运离子的工作机理。根据这些结构，辅以序列比对分析，作者也对其他家族成员蛋白的工作机理进行了推测。这些工作不仅加深了对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更稳固的基础。