冷冻电子显微镜捕获蛋白质泵的结构

海利病是一种罕见的遗传性疾病，其特征是水疱斑块主要出现在腋窝、腹股沟和乳房下方的皮肤褶皱中。它是由基因突变引起的，该突变编码参与钙和锰离子从细胞质转运到称为高尔基体的囊状细胞器的特定蛋白质。

东北大学的科学家与日本的同事一起发现了这种蛋白质结构的某些方面，可以帮助研究人员了解它是如何工作的。这些发现发表在《科学进展》杂志上，有助于为寻找海利-海利病和其他神经退行性疾病的治疗方法的研究奠定基础。

研究小组研究的蛋白质称为分泌途径Ca。2+/锰2+-ATPase，简称SPCA。它位于高尔基体中，高尔基体是一种细胞囊样结构，在蛋白质释放到细胞之前在蛋白质质量控制中起着至关重要的作用。高尔基体也像一种钙离子储存容器。钙离子对细胞信号传导过程至关重要，对蛋白质的正常运作也很重要，因此保持细胞内正确的钙离子平衡对于它们的日常活动是必要的。

除了钙离子转运外，SPCA还参与防止锰在细胞质内的毒性积聚，这会影响神经细胞的存活。到目前为止，科学家们对SPCA的结构或工作原理知之甚少。

“我们的研究成功地使用冷冻电子显微镜技术确定了人类SPCA3a的高分辨率1D结构，”领导这项研究的东北大学结构生物学家Kenji Inaba说。“分析揭示了SPCA1a如何与钙和锰离子结合并将它们输送到高尔基体腔中。我们还绘制了蛋白质突变可能导致功能缺陷并最终导致Hailey-Hailey病的位置。因此，我们的研究揭示的有关SPCA1a调节机制的知识将具有生理和医学意义。

冷冻电子显微镜研究在非常低的温度下冷冻的样品，蛋白质分子运动固定。蛋白质通常会在正常功能中移动和改变形状，但无论显微镜捕获什么，都只能揭示一种特定的状态。东北研究使用该技术阐明了蛋白质的三种状态：因为它与钙和锰离子结合，因为它与提供能量的分子ATP结合，以及处于金属未结合的磷酸化状态。因此，它给出了蛋白质通常会在状态之间切换的三个快照。

“尽管这项研究为SPCA1a提供了许多重要的见解，但不足以描述整个情况，”稻叶解释说。“对SPCA对钙和锰转运的全面了解将揭示这些离子如何在细胞内适当平衡，并可能提供蛋白质突变如何导致Hailey-Hailey病和其他神经退行性疾病的见解。

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