CFTR型氯离子通道研究进展

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１９０生命科学第１９卷

６条染色体，大鼠位于第５条染色体。ＣＦＴＲ分布广泛，许多器官，如肺、肝、胰腺、肠、生殖腺等的细胞膜中都有表达，尽管称为氯离子通道，但还涉及到其他一价阴离子的运输，由于生理条件下氯离子最为重要，故称为氯离子通道。

图１ＣＦｌＲ型氯离子通道推测的结构模型１２】

ＭＳＤ：跨膜结构域；ＮＢＤ：核苷酸结合结构域；Ｒ：调节结构域；ＰＫＡ：ｃＡＭＰ依赖的蛋白激酶

ＣＦＴＲ是一种跨膜蛋白质，较难获得理想的晶体，至今未获得完整的结构图像，但由于它属于ＡＢＣ家族，而ＡＢＣ家族的部分成员结构已经阐明，因此，根据序列比对推测得到了ＣＦＴＲ的结构（图１）。最近获得了ＣＦＴＲ的一般晶体结构，使用电子显微镜初步获得了它的空间结构，与真核生物另一个ＡＢＣ家族成员Ｐ．糖蛋白在结构上具有相似性【５１，说明了推测的合理性。现在可以肯定的是ＣＦＴＲ由５个功能结构域组成：两个跨膜结构域（ｍｅｍｂｒａｎｅ—

ｓｐａｎｎｉｎｇｄｏｍａｉｎｓ，ＭＳＤ）ＭＳＤ１和ＭＳＤ２；两个核苷酸结合结构域（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ－ｂｉｎｄｉｎｇｄｏｍａｉｎｓ，ＮＢＤ）ＮＢＤｌ和ＮＢＤ２；一个调节结构域Ｒ。这些结构域中两个ＭＳＤ形成了选择性氯离子通道，两个ＮＢＤ结构域调节了氯离子通道的门控性，而Ｒ基团的磷酸化控制了通道活性【：】。

２ＣＦＴＲ的调节机制

两个六跨膜结构域ＭＳＤｌ和ＭＳＤ２共同构成了对氯离子具有选择性的通道，通道最狭窄部位的直径为０．５３—０．６０ｎｍ，在正常情况下，被其他大的阴离子或调节结构域Ｒ阻断；当胞内氯离子浓度升高激活了ｃＡＭＰ依赖的蛋白激酶最终可使通道打开，通过这种方式而有效调节了通道的开闭。此

外，胞外的氯离子浓度也可以影响通道的门控，它

的浓度升高也可以促进通道的打开【６１。和其他ＡＢＣ蛋白不同的是ＣＦＴＲ允许氯离子双向通透，而不是定向转运【７】。两个ＭＳＤ的部分氨基酸构成了对氯离子的选择性运输，如带有正电荷Ｋ９５、Ｒ１３４、Ｒ３３４、Ｋ３３５、Ｒ３４７和Ｒ１０３０在物种间具有高度保守性，它们的突变会影响到通道对氯离子的通透性【ｚ】，由于ＣＦＴＲ完整结构还未阐明，因此对氯离

子的选择性分子机理也还未完全阐明。

Ｃ网ｔ的门控性则主要由两个ＮＢＤ来调节，对它们的研究则最为详细。ＮＢＤ含有大量高度保守的序列，每一个ＮＢＤ结构域都含有一个保守的磷酸结合环（被称为Ｐ环或ＷａｌｋｅｒＡ基序），此外还含有保守的ｗａｌｋｅｒＢ基序和ＬｓＧＧＱ基序，推测这些结构域对于ＡＴＰ的结合和水解发挥着重要作用【扪。

很早就发现√册的结合是通道打开所必需的［４】，ＡＴＰ的结合和随后的水解有效的调节了通道的门控，而最近研究发现ＡＤＰ可以抑制通道的打开【８】。ＮＢＤｌ和ＮＢＤ２都含有ＡＴＰ结合结构域，同时具有ＡＴＰ酶活性，可以通过水解ＡＴＰ的方式来驱动通道的打开。在这个过程中需要大量ＡＴＰ，但氯离子通道主要介导的是氯离子的被动运输，因此不应该耗费太多能量，研究人员最新发现ＮＢＤ除了具有ＡＴＰ酶活性外，还具有腺苷酸激酶活性，腺苷酸激酶主要催化ＡＴＰ＋伽仰·—＋２ＡＤＰ的反应，因此尽管需要大量的ＡＴＰ，但在生理条件下是腺苷酸激酶活性而不是ＡＴＰ酶活性主要调节了门控，因此并不耗费太多能量【９】。

那么两个ＮＢＤ如何在ＡＴＰ的驱动下实现对氯离子通道的门控作用的呢？Ⅺｄｄ等【１０１研究表明，当两个结构域单独存在时，ＡＴＰ酶活性较低，而只有当两者形成二聚体才时可以有效增加酶活性，特别是Ｖｅ穆ａＩｌｉ等【ｌｌ】最近发现，当ＮＢＤｌ和ＮＢＤ２独立存在时，氯离子通道关闭，当形成紧密结合的二聚体后氯离子通道打开，并且形成二聚体的过程需要ＡＴＰ，因此ｊ旧驱动的两个ＮＢＤ结构域的紧密二聚体化是离子通道打开的前提【１２】，从而实现将ＡＴＰ水解和通道的门控作用有机结合【１３】。那么形成的二聚体中两个结构域的功能是否相同呢？研究发现，两个结构域都可以和ＡＴＰ结合，但只有ＮＢＤ２可以水解ＡＴＰ促使通道的打开，说明两个结构域通过各自的机制完成了ＡＴＰ水解和门控的偶联过程【·引。

相对于ＡＢＣ家族的其他成员，ＣＦｌＲ是唯一已　万方数据

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CFTR型氯离子通道研究进展

作者：郭晓强， GUO Xiaoqiang

作者单位：白求恩军医学院生化教研室,石家庄,050081

刊名：

生命科学

英文刊名：CHINESE BULLETIN OF LIFE SCIENCES

年，卷(期)：2007,19(2)

被引用次数：1次

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