Cav1.1是哺乳动物中10个电压门控钙离子通道中的第一个被鉴定的,主要分布在在骨骼肌,它的主要功能是在肌肉细胞接受运动神经元信号产生动作电位时感受膜电势的变化,进而激活与其直接作用的下游肌质网膜上的高通量钙离子通道RyR1,促使钙离子快速大量释放到细胞质中,从而引起肌肉的收缩,该过程称为兴奋-收缩偶联(excitation-contraction coupling,EC coupling),Cav1.1和RyR1是引发这个过程最为关键的两个膜蛋白。 2015年1月,颜宁研究组在《自然》报道了RyR1的3.8埃冷冻电镜结构;同年12月,她们在《科学》上报道了Cav1.1的4.2埃电镜结构。但是由于分别率所限,尽管该结构首次揭示了Cav1.1复合物中各个辅助亚基(包括α2σ亚基、β亚基和γ亚基)与离子通道亚基(α1亚基)的相互作用区域,以及离子通道亚基内部同源结构域的排布,但是大部分区域无法精确到氨基酸侧链,因而不能对蛋白的状态进行深入的分析。在冷冻电镜结构中,4埃的分辨率往往是一个分水岭。要想清晰地分辨出蛋白质氨基酸的侧链,往往需要高于4埃的分辨率(数字越小分辨率越高),而其难度也相应增加。
在刚刚发表的《自然》论文中,颜宁研究组通过多次尝试,成功优化了蛋白的制样方法,从而获得了高质量的冷冻电镜成像。他们从近万张冷冻电镜照片中挑出超过一百万的蛋白单颗粒,利用单颗粒三维重构的方法最终获得了整体3.6埃的近原子分辨率结构,其中中心区域分辨率超过3.5埃(图1)。