【PDB-101】2015年4月 结构生物学亮点：兰尼碱受体（ryanodine受体）
前注：这个结构生物学亮点（structural biology highlights）是PDB-101搞的一个算是“研究亮点合集”的东西，里面收录的都是美国蛋白质结构计划（Protein Structure Initiative, PSI）的有趣成果。原网页中的可互动文件很有意思，而且对认识那些蛋白结构的确有用，但因技术原因在此无法重现，所以依然墙裂推荐去原网页看。
有许多需要同步协调的细胞活动都受钙离子调控。比如说，在肌细胞里，海量钙离子被储存在名为肌质网（sarcoplasmic reticulum）的特殊区间当中，只等着在某一瞬间如开闸泄洪般地涌出肌质网，触发整个肌细胞各部分同时收缩。这一套机制的核心就是兰尼碱受体（ryanodine receptor）。它是个门控通道，居于钙库的膜上，一旦受到合适的刺激，就会开放并释放钙离子。
门控机制
兰尼碱受体（这里展示的结构来自PDB条目3j8e）是个体量巨大的大分子复合体，由很多各具功能的组件构成。它的主体由四条庞大的肽链（蓝色）组成，在整个复合体的中心聚集在一起，穿通脂双层膜，形成了一个开闭受控的通道（图片下部）。在胞质一侧（图片上部），肽链盘曲折叠成了一个复杂而精致的结构，能与许多调节通道功能、控制通道开闭的蛋白质发生相互作用。举个栗子，有种名叫钙稳蛋白2（calstabin2）——也叫FKBP12.6——的小蛋白出现在了上面的图里（绿色），它能够把通道稳定在关闭的状态中。
开合之故，一目了然
难逃不少与肌肉收缩相关的蛋白的命运，兰尼碱受体特别容易受到毒素的伤害。它的名号正是来自于一种剧毒的生物碱——兰尼碱（ryanodine），这玩意能把兰尼碱受体锁死在关闭的状态，导致肌肉麻痹。科学家们一直在寻找没那么激烈的工具来调控兰尼碱受体的开与关，好用以作为治疗疾病的药物，因为它的功能失调在心力衰竭、心律失常这样的疾病当中起着作用。
解析蛋白的形体
由于兰尼碱受体体型巨大，身上的部件又生性灵活且“好动”，这家伙早已被证明是块对结构生物学研究极不友好的硬骨头，好在还是有几个团队成功地用电镜技术获得了接近单原子分辨率的高清结构。这里摆出来的电子密度图出自NYCOMPS（The New York Consortium on Membrane Protein Structure，纽约膜蛋白结构协会）的PSI研究员之手，其分辨率足以让我们辨认出整个复合体上主要的结构元件。这张图是依据有效分辨率的高低来上色的：中央通道部位的分辨率最高（蓝色，分辨率约为4埃），边缘区域则稍显模糊（红色，分辨率约为6埃）。
感知钙离子
有两种方法可以触发兰尼碱受体通道的开放。有一类兰尼碱受体直接与电压门控钙通道相连，当电压门控钙通道接受到“开放”的信号时，它们直接与兰尼碱受体发生相互作用，使之一起开放。另一些类型的兰尼碱受体能够感知钙库外的胞质钙离子浓度，在浓度上升时开放通道，让更多钙离子一股脑地流出去。对它结构的解析发现了一个可能的钙离子结合结构域，在下图上以品红色呈现。PSI研究员们发现，兰尼碱受体中形成通道的部分和细胞质中的部分间存在一些相互作用，它们或许在传导调控开闭的信号中有重要的作用。若你想探索其中的细节，请看下方的可交互式JSmol图像。
兰尼碱受体（PDB条目3j8e）
四个螺旋组成了兰尼碱受体的中央通道部分（红色），分别来自四条肽链。一个保守的甘氨酸残基（白色）让这个螺旋在中间发生弯折，可能对通道的开闭有重要影响。推测的钙离子感知元件离通道口比较远，是这里的品红色部分。跨膜区域与胞质侧区域之间的某些相互作用很可能对把钙离子的结合与通道的开放联系在一起十分关键。在可交互式的JSmol中，你可以点按下方的按钮来显示这些相互作用，包括跨膜螺旋S2和S3间巨大的环接，以及主要通道螺旋（译注：指此段开头提到的那四个螺旋）C末端延伸区域与胞质侧一个结构域之间紧密的相互作用。
因技术与能力限制，请前往原网页以查看原文中所有超链接以及可互动的JSmol文件。
封面图来自颜宁大佬在Science上的文章，题为Structural basis for the gating mechanism of the type 2 ryanodine receptor RyR2
作者：David S. Goodsell
原文网址：https://pdb101.rcsb.org/learn/structural-biology-highlights/ryanodine-receptor
结构生物学亮点文章目录：https://pdb101.rcsb.org/learn/structural-biology-highlights/index
PDB-101首页：https://pdb101.rcsb.org/
RCSB PDB首页：https://www.rcsb.org/
奇怪的注：
1. “兰尼碱”这个东西，也就是让兰尼碱受体得名的那个生物碱，在国内资料上有很多不同的叫法。除兰尼碱之外，雷诺定、雷尼丁、兰诺丁、鱼尼丁之类的我都见过，也有的直接就不翻译了，就叫ryanodine受体。每次一想到这一点，我就感觉自己的吐槽之魂要控制不住了……咳咳。无论如何，我最喜欢的是兰尼碱这个叫法。在此之所以要说明一下，是担心有人因为名字的原因认不出来这个蛋白。话说回来，直接叫简称RyR就没那么多麻烦了，然而原文章里一次简称都没用，喵喵的。
2. 原文里第二个小标题是“Open and Shut Case”，似乎是个双关语。一方面，兰尼碱受体是个通道，它的事儿就是开（open）与关（shut）的事儿；另一方面，open-and-shut case是个俗语，意思是易如反掌的事情。不过，谁告诉你兰尼碱受体的调控是简单的事儿了？！
3. 兰尼碱对兰尼碱受体的作用是有剂量效应的，文中写的锁定在关闭状态实际上是浓度较高时（微摩尔量级）的情况，浓度较低时（纳摩尔量级）则会让兰尼碱受体一直处于一种半开不闭的状态，即所谓亚传导状态，最终钙库会被榨干。
以及奇怪的企划：
我以前老在想，如果有人问我最喜欢哪个蛋白，我会说：在所有蛋白里最喜欢离子通道，在离子通道里最喜欢钙通道，在钙通道里最喜欢兰尼碱受体，在兰尼碱受体里最喜欢兰尼碱受体2型，虽然至今也没人这么问过我。过两天，只要哪天我空闲时间比较多，我就会着手写关于兰尼碱受体2型的科普。其中内容会比较杂，既有冷知识也有热领域。相信我，flag已经立下了。
