本月初曾報導今年諾貝爾化學獎——冷凍電顯技術的歷史沿革與研究優勢，這篇小新聞則帶來以離子通道結構獲得 2003 諾貝爾化學獎的麥金農（Roderick MacKinnon）團隊近期的研究，探索 Slo2.2 鈉鉀離子通道的動態，並探討冷凍電顯為膜生物學帶來的突破 。
細胞體調控胞內物質恆定的過程相當重要，有賴於許多位於膜上離子通道的機制。科學家對於離子通道的了解已經能夠應用在藥物的研發上，例如 amlodipine 能夠藉由阻抗鈣離子通道的活性，達到降血壓效果、舒緩胸痛的症狀。諾貝爾獎得主麥金農的主要貢獻是能夠清晰地闡述離子通道如何對特定的離子產生選擇性（selectivity），過去主要以 X-ray 解出三維結構並搭配電生理技術作為實驗工具。但對於分子傳送系統性的動態機制仍然需要補足。
此篇研究中，冷凍電顯的技術讓研究者得以觀察到 Slo2.2 鈉鉀離通道「開啟／閉合構型的比例多寡」：隨著滴定的鈉離子濃度提升，具有導電性的開啟構型的比例上升，而開啟構型的比例隨鈉離子濃度對數成長後快速飽和，形成類似開關的全有全無率（all or none）。為了驗證開啟構型的離子通道對導電性的影響，研究團隊將在結構中負責通道關閉的第 333 個胺基酸 methionine 突變為 alanine，發現突變後即使在低濃度的鈉離子環境下也無法關閉的離子通道，無法調控導電性而仍持續產生電流。由此證實了開啟構型的 Slo2.2 鈉鉀離子通道具有導電性。
如果說 X-ray 結晶繞射像是單張靜止相片，那麼能夠進行一連串滴定實驗，同時以影像解析生物分子構型的冷凍電顯就像是一卷錄影帶，完整記錄了鈉離子如何活化並驅使離子通道構型改變，並且量化不同構型的比例。雖然以本研究的 4.5Å 的空間解析度而言，尚無法區分不同種的閉合構型，但後續的相關研究仍令人期待。相信冷凍電顯使生物巨分子的基礎研究快速進展，也持續回饋醫藥發展。
圖片來源：https://goo.gl/LcNP5i
參考資料：
- Hite, R. K., & MacKinnon, R. (2017). Structural Titration of Slo2.2, a Na + -Dependent K + Channel. Cell, 168(3), 390-399.e11. doi:10.1016/j.cell.2016.12.030
- Hite R., Yuan P., Li Z., Hsuing Y., Walz T., & MacKinnon R. (2015). Cryo-EM structure of the Slo2.2 Na-activated K channel. doi:10.2210/pdb5a6e/pdb
- Nobel Lecture by Roderick MacKinnon [Video file]. (n.d.). Retrieved from https://www.nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=550
撰文│邱亮源
修訂│紀威佑
