线粒体钙/氢转运体LETM1的结构解析和离子转运调控的分子机制研究

Calcium signaling has been shown to be closely associated with the mitochondria. The dysfunction of mitochondrial calcium homeostasis seriously affects physiological processes. Leucine zipper-EF-hand-containing transmembrane protein1 (LETM1) is located in the mitochondrial inner membrane and plays a critical role in maintaining the mitochondrial morphology. LETM1 is defective in Wolf-Hirschhorn syndrome and over expression in many kinds of cancer cell lines. The molecular mechanism underlying LETM1 regulation and transportation remained elusive. This project will use various techniques from biochemistry, cell biology, patch clamp and calcium imaging to demonstrate the molecular mechanism of LETM1 based on high-resolution structure of LETM1. Our results will be vital for the further understanding of mechanism of mitochondrial Ca2+/H+ transportation and also provide the basis of designing and screening small molecules to regulate LETM1, eventually shed the light on the treatment disease which related to LETM1.

线粒体中钙离子的转运对于调节细胞的能量代谢以及维持细胞正常生理机能具有关键的作用。LETM1是位于线粒体内膜上并介导钙离子转运的重要蛋白，对维持线粒体的正常形态和细胞能量代谢至关重要。LETM1是人类遗传病WHS的致病基因，且在多种肿瘤中存在高表达。目前LETM1的转运和调控机制尚不完全明确，为了获得LETM1调控及转运完整准确的模型，揭示LETM1的调控、变构以及转运的分子机制，我们将解析LETM1高分辨率三维结构，在结构分析的基础上，运用生物化学、细胞生物学、电生理学及钙离子成像技术来深入研究LETM1的结构与功能，揭示LETM1对Ca2+和H+的转运及调控机制，也会进一步设计并筛选小分子药物调节LETM1活性提供分子基础，并最终为LETM1相关的遗传疾病和肿瘤治疗提供理论指导意义。

LETM1是位于线粒体内膜上并介导钙离子转运的重要蛋白，对维持线粒体的正常形态和细胞能量代谢至关重要，与多种遗传疾病、神经退行性疾病和肿瘤发生紧密相关。在本项目中，为了获得LETM1调控及转运完整准确的模型，揭示LETM1的调控、变构以及转运的分子机制，我们（1）通过表达和纯化条件的筛选，获得了LETM1及其功能突变体的蛋白表达和纯化条件；（2）筛选了不同pH、钙离子浓度及纯化方法，获得了纯度大于95%的蛋白样品并利用电镜对样品进行评估；（3）通过对蛋白样品的优化，制备了不同钙离子浓度条件下的冷冻电镜样品并收集了数据，相关数据还在整理中。项目运行期间，共培养毕业研究生2人，发表SCI论文11篇。