Nav1.7 代表了下一代镇痛剂在痛觉中的关键作用的靶标。
2022年4月26日，普林斯顿大学颜宁及西湖大学申怀宗共同通讯在Cell Reports 在线发表题为”High-resolution structures of human Nav1.7 reveal gating modulation through α-π helical transition of S6IV“的研究论文，该研究报告了与 β1 和 β2 亚基复合的野生型 (WT) Nav1.7 的 2.2-Å 分辨率冷冻电镜结构，揭示了几个以前难以辨认的胞质片段。 重新处理报告的与各种毒素结合的 Nav1.7（E406K）结构的冷冻 EM 数据确定了 S6IV 的两种不同构象，一种仅由 α 螺旋转角组成，另一种在中间包含 π 螺旋转角。在 3.5-Å 分辨率下测定的无配体 Nav1.7(E406K) 的结构与 WT 通道相同，证实了 Huwentoxin IV 或 Protoxin II 与 VSDII 的结合变构诱导了 S6IV 的 α → π 转变。这种局部二级结构转变对孔域 (PD) 门控具有重大影响，并重塑了快速失活基序 Ile/Phe/Mel (IFM) 的适应位点。
总之，人类野生型Nav1.7 的高分辨率结构为有助于药物发现的进一步生物物理和计算分析提供了准确的模板。肽门控修饰毒素 (GMTs) 结合后的构象变化揭示了 GMT 对孔门控的变构调节的机制理解。
2022年4月27日，普林斯顿大学颜宁团队在Cell Research 在线发表题为”Structural basis for pore blockade of human voltage-gated calcium channel Cav1.3 by motion sickness drug cinnarizine“的研究论文，该研究发现与桂利嗪（cinnarizine ）结合的人 Cav1.3 通道的结构揭示了晕动病药物对 LTCC 的直接孔隙阻断。桂利嗪结合位点的局部结构变化导致随后的螺旋段发生轴向旋转。S6III中门控残基定位螺旋转角的α → π跃迁进一步收缩了离子渗透孔。这里显示的结构以及之前的研究揭示了不同 Cav 通道调节剂 MOA 的分子细节，并为结构辅助药物发现奠定了基础。
电压门控钠 (Nav) 通道控制神经元和肌肉细胞的膜兴奋性。在九种 Nav 亚型中，由 SCN9A 编码并主要在背根神经节神经元中表达的 Nav1.7 是一种很有前景的缓解疼痛的药物靶点。Nav1.7 的高分辨率结构将有助于开发下一代镇痛剂。
在该研究中，由于其增强的重组表达水平，使用了疾病变体 Nav1.7(E406K)。胍孔阻滞剂河豚毒素 (TTX) 和石房蛤毒素 (STX) 分别与肽门控修饰毒素 (GMTs) 原毒素 II (ProTx-II) 和虎纹毒素 IV (HWTX-IV) 组合，两者均抑制 Nav1.7 活化。将两组毒素混合物添加到纯化的 Nav1.7-β1-β2 复合物中，使用单粒子低温电子显微镜 (cryo-EM) 进行结构分析。
虽然 TTX 和 STX 被解析到原子水平，但 GMT 仅被视为密度的斑点。一个 HWTX-IV 与第二个重复 (VSDII) 中的电压感应域结合，两个 ProTx-II 分别与 VSDII 和 VSDIV 相关联。可以看到可能属于 ProTx-II 的更弱的密度附着在 VSDI 的细胞外侧。尽管这些结合位点与之前的特征一致，但通道处于非激活状态，而不是最适合容纳这些 GMT 的静止状态。
尽管 GMT 的分辨率较低，但在两种结构之间观察到 VSDII 的轻微变化。研究人员推断需要无配体 Nav1.7 的结构作为研究这些 GMT 的作用方式 (MOA) 的参考。此外，尚不清楚 E406K 点突变是否对通道的构象有任何影响。
文章模式图（图源自Cell Reports ）
考虑到这些问题，试图解决野生型 (WT) Nav1.7 的高分辨率结构，这可以提供一个准确的模板来帮助研究和药物发现。该研究还在没有任何毒素作为对照的情况下解决了 Nav1.7(E406K) 的结构。无配体 Nav1.7-WT 和 Nav1.7(E406K) 的结构分别在 2.2 和 3.5 Å 分辨率下获得，以及 Nav1.7-PT 和 Nav1.7-HS 的更新结构一起揭示了一个ProTx-II 或 HWTX-IV 结合后 S6IV 的 α → π 螺旋跃迁。这种局部二级结构转变对孔域 (PD) 门控具有重大影响，并重塑了快速失活基序 Ile/Phe/Mel (IFM) 的适应位点。
总之，人类野生型Nav1.7 的高分辨率结构为有助于药物发现的进一步生物物理和计算分析提供了准确的模板。肽门控修饰毒素 (GMTs) 结合后的构象变化揭示了 GMT 对孔门控的变构调节的机制理解。
参考消息：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00496-X
https://www.nature.com/articles/s41422-022-00663-5