解析出感知寒冷温度和薄荷醇的TRPM8蛋白结构

离子通道蛋白TRP被分为7个TRP蛋白家族：TRPC、TRPV、TRPM、TRPN、TRPA、TRPP和TRPML。TRPM8是蛋白家族TRPM的一个成员。

自从2002年首次发现冷感应蛋白（cold-sensing protein）TRPM8以来，世界各地的团队尝试着使用X射线晶体衍射技术来确定它的原子结构，但都失败了。获得TRPM8的高分辨率结构已给结构生物学家带来了一个重大挑战，这部分上是因为当从细胞膜中的天然环境里分离出来时，这种离子通道蛋白是不稳定的。没有细胞膜的支持，TRPM8倾向于丧失它的结构完整性，使得人们很难研究这种靶标。TRPM8的结构也是相对较为复杂的：它是由四个相同的由TRPM8基因编码的蛋白拷贝组成的。

制药行业对蛋白TRPM8也感兴趣，这部分上是因为当受到激活时，它能够具有镇痛的和抗炎的作用。此外，它的编码基因的变异体与偏头痛易感性相关联，而且科学家们已证实操纵TRPM8能够导致动物出现类似于偏头痛的疼痛。

TRPM8也在一些前列腺癌、乳腺癌和其他癌症中异常表达，这使得它成为一种潜在的化学治疗靶标。

尽管最为人所知的是，TRPM8是感知适度寒冷温度（低于约25°C）和薄荷醇等冷感分子（cold-sensation molecule）的外周神经传感器，但是它也在许多其他正常组织中甚至在身体深处发现到，不过，它在这些组织中的功能基本上还是未知的。详细理解TRPM8与它的天然结合搭档在结构上的相互作用应该导致人们开发出更好的分子探针，从而揭示出它的各种功能。

为此，在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所和杜克大学的研究人员采用低温电镜技术（cryo-EM），即一种越来越受到人们青睐的结构确定方法。他们首先从十多种不同的动物物种（包括人类、小鼠和鸟类）中筛选TRPM8蛋白，以便找到一种可能最适合用于低温电镜研究的蛋白。他们确定了来自一种被称作白领姬鹟（collared flycatcher）的鸟类物种的蛋白TRPM8。相关研究结果于2017年12月7日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structure of the cold- and menthol-sensing ion channel TRPM8”。论文通信作者为斯克里普斯研究所的副教授Gabriel C。 Lander博士和杜克大学医学院的Seok-Yong Lee博士。论文第一作者为Lander实验室研究生Mengyu Wu和Lee实验室研究生Ying Yin。

Lander说，“所有的证据表明白领姬鹟的蛋白TRPM8的工作方式与哺乳动物的蛋白TRPM8相同，因此我们相信我们的结构分析经转化后将直接适用于人TRPM8。”

鉴于TRPM8在它的天然细胞膜外面具有内在的不稳定性，这些研究人员面临着许多障碍。Wu说，“即便在一天内将这种蛋白样品从杜克大学运送到斯克里普斯研究所，该蛋白就开始降解了。Lee实验室战略性地引入一些稳定性突变到这种蛋白中，使其不那么容易发生降解。”Yin也精心地筛选几种纯化条件，以便增加这种蛋白样品的稳定性。

这种蛋白的行为也与Lander实验室通常用于电镜分析的大多数蛋白样品不同，它花了这些研究人员一年多的时间来鉴定出对这种充满挑战性的生物分子进行成像的正确条件。

通过这些改进，这些研究人员首次能够获得整体分辨率为4埃（1埃等于1纳米的十分之一）的TRPM8结构图。由此产生的原子图也包含着一些惊喜。Lander说，“其他的团队已对TRPM8的结构和它如何与它的结合搭档（如薄荷醇）相互作用提出了假设，但是我们发现几乎所有的这些猜测都是不正确的。”特别地，经证实薄荷醇的结合口袋意料之外地出现在一个与在其他的TRP传感蛋白上的这种配体结合位置不同的位置上。

Lander说，“这种结构告诉我们的一件事情是TRP传感蛋白并不都是以相同的方式发挥作用，因此我期待随着我们研究更多的TRP传感蛋白结构，我们将发现很多新的传感机制。”