心肌细胞钙离子自嗨新进展

应昨天谈论心脏病的景, 介绍自然杂志八月份的一篇论文（文献1）, 该论文阐述了一个重要的心肌细胞膜蛋白的结构功能, 为进一步医学应用打下基础.  本文介绍该论文的成果，并涉及我们熟悉的两个人物和两个诺贝尔奖. 　看有没有读者能猜对。

一, 心肌细胞的钙离子自嗨 

心脏有20亿个心肌细胞, 这些细胞协调作战, 保证正常心跳, 为人体提供血液, 氧气与养料.  心肌的协调作战很复杂.  Khan Adademy的这个视频介绍了心肌的运作机理. 这里只简短介绍与论文最有关的知识.

心肌细胞工作需要钙离子在瞬间增加千倍, 这不是能简单地从细胞外获取的.  于是自然界就发明了自嗨的这个机制, 学名是 : Calcium Induced Calcium Release.  大致过程是:  少量钙离子因受刺激进入细胞, 引发细胞内的肌质体（Sarcoplamic Reticulum) 从细胞内大量释放钙离子。 这是钙离子自导自演的释放，所以叫自嗨。  自嗨是通过受到外来钙离子的Ryanodine receptor这个离子通道完成（同学们，是否似曾相识呢？）。 Ryanodine receptor大开闸门， 大量释钙，使心肌细胞内的钙浓度瞬间增加千倍以上。 

然而钙离子不能总是自嗨，否则心肌就会永远处于收缩紧张的状态。为了有张有弛， 肌质体必须回收并防止钙离子的继续流失。   一种叫钙调蛋白 （Calmodulin)在这个过程中，起到了重要作用。

二 论文成果。

该论文用冷冻电镜(Cryo-EM) 展示了钙调蛋白(CaM)与Ryanodine receptor(RyR2)在八个条件下的结构， 并阐述了钙调蛋白(CaM)对Ryanodine receptor(RyR2)的调节作用。 这两个蛋白的相互作用的失常，会导致心力衰竭（Heart Failure).  

如下图所示：当钙离子外来户来到细胞内刺激了RyR2的打开通道， 肌质体内钙大量离子流入细胞浆内。这时钙调蛋白不起作用（注：这与骨骼肌细胞不同）。　 当细胞浆内钙离子浓度达到一定高度时， 钙调蛋白变形，并改变了与钙离子通道结合的位置，促使钙离子通道变形，关闭了通道。　论文在分子水平上，详细地描述了蛋白的结构变化，非常有趣，我在此不再详述。　有兴趣的读者请读论文，会给你的感恩节带来一种不同的快乐。　

 

三 不要搞混了老花镜。 

不知读者是否猜到，该论文是小颜同学团队做出的成果。　实际上小颜同学普林斯顿网站上描述的研究方向正是用冷冻电镜。也就是说小颜同学在x射线晶体衍射成功之后，早已步入了新领域。　从网上搜来的尚未发表的论文稿件看，小颜不仅掌握了冷冻电镜技术，并提出了改进方案。

请注意不要把冷冻电镜与庄小威同学的荧光显微镜搞混。　冷冻电镜是研究分子结构的工具，　该技术与2017年获得诺贝尔化学奖。荧光显微镜是用来直接观测分子在细胞内的位置与运动。　该技术于2014年获得诺贝尔化学奖。　　两项技术的目的与手段是不同的。

四，　文献。

１。Deshun Gong, …, Nieng Yan Nature 2019 Vol 572, pp347. Modulation of cardiac ryanodine receptor 2 by calmodulin

２。Yimo Han, Xiao Fan, Haozhe Wang, Fang Zhao, Christopher G. Tully, Jing Kong, Nan Yao, Nieng Yan。　High Yield Monolayer Graphene Grids for Near-Atomic Resolution Cryo-Electron Microscopy
 

 

 

 

 

更多我的博客文章>>>

 

 

• 中坛网友八卦时，小颜团队在贡献
• 川普的防御：不想当前锋的教练不是好裁判
• 给美国的二氧化碳算算账
• 弹劾川普相关问题一. 拜登父子
• 弹劾川普第一阶段的总结分析

所有跟帖： 

• . -雨女- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:12:41

• 节日快乐！ -SwiperTheFox- ♂ (216 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:16:59

• 狐狸喜欢读这么枯燥的东西。 -waterclover- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:14:04

• 嗯，那是我写的枯燥，要自我检讨～～～～ -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:18:47

• 狐狸吃鸡 -waterclover- ♀ (92 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:26:44

• 谢谢啦：） -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:51:56

• LOL -奔流12959- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:55:06

• 荧光显微镜太平常了， -HenryLi- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:47:54

• 我每天都在用荧光显微镜看 -HenryLi- ♂ (118 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:49:43

• 冷冻电镜我一点都不懂。 -HenryLi- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:50:26

• 说实话， 具体技术我也不懂， 只大概知道应用 -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:54:23

• 不平常的是能看见单分子的高分辨率：Stochastic Optical Reconstruction Microscopy -SwiperTheFox- ♂ (76 bytes) () 11/28/2019 postreply 08:51:40

• 两篇第一作者都是别人， -alohamora- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 09:34:04

• 行规：老板排最后 -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 09:36:45

• 知道。但如果。。。。。。。后劲没了 -alohamora- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 09:41:30

• 最后一个是一般是通讯作者，老板。 -stone_cold_fox- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 15:11:15

• 感谢科普。只做过电镜，没碰过冷冻电镜。狐狸及各位节日快乐！ -南侠- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 09:53:36

• 节日快乐！ -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 10:04:42

• 谢谢介绍，节日快乐 -锦衣卫- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 11:04:48

• 节日快乐！ -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 11:11:28

• 狐狸兄节日快乐：） --疏桐儿-- ♀ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 19:29:40

• 疏桐儿节日快乐！ -SwiperTheFox- ♂ (0 bytes) () 11/28/2019 postreply 19:42:43