一周前沿科技盘点㉓｜药物调控钙离子通道取得重要研究进展 西湖大学破解叶绿体“守门人”之谜

本周，依托冷冻电镜技术，武汉大学高帅与原普林斯顿大学颜宁联合课题组破译药物调控钙离子通道分子机制，为提高抗丙肝药物的安全性打下结构基础；西湖大学闫浈实验室构建TOC-TIC超级复合物三维结构，破解叶绿体“守门人”之谜。此外，我国科学家们研究揭示笼目超导体中新奇的电子关联效应以及丰富的演生现象；首次构筑基于垂直架构的门电压可编程的二维铁电存储器；首次对拟南芥超级增强子进行鉴定与功能验证……基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第二十三期。

1.《Cell》｜高帅、颜宁合作课题组取得药物调控钙离子通道重要进展

不同化学结构阿片类药物结合人源μOR的结构

索非布韦作为靶向丙肝病毒NS5B聚合酶的药物使得丙肝的治愈率达到近乎百分百，碘胺酮为抗心律失常药物主要通过抑制心脏的离子通道发挥作用。然而，索非布韦与碘胺酮联合用药后，发现患者出现严重的心律过缓现象，甚至出现一例死亡病例，深入研究后发现索非布韦或其类似物可以增强碘胺酮对L型钙离子通道的抑制作用。

为揭示这一副作用产生的分子机制，武大药学院高帅教授和原普林斯顿大学教授颜宁展开合作研究。通过高分辨冷冻电镜结构发现，碘胺酮主要通过疏水作用结合在钙离子通道开放窗位点，其叔胺基团指向离子孔与索非布韦的磷酸基团存在静电相互作用，将索菲布韦稳定在离子孔里面，阻碍钙离子的通过。此外研究组通过细胞实验发现索非布韦与碘胺酮存在协同抑制作用，与二氢吡啶类降血压药物抑制无协同作用，与心血管药物维拉帕米存在竞争性抑制作用，研究组通过结构分析解释了这两种心血管药物不产生类似副作用的原因。

更重要的是，研究组通过分子对接技术发现，仅需要改变索非布韦的磷酸手性就可以打破分子之间的相互作用，提高抗丙肝药物的安全性。

2.《Nature》｜中科大在笼目超导体的竞争电子序研究中取得重要发现

笼目超导体CsV3Sb5中电荷密度波态与超导态在静水压下演化的实验证据及物理演示图

近日，中科大陈仙辉院士团队吴涛教授等人在前期研究基础上，利用核磁共振谱学技术对压力下笼目超导体CsV3Sb5中电荷密度波态和超导态的演化进行了系统的研究。

实验结果表明：当静水压下高于临界压力Pc1≈0.58GPa时，体系出现了一种新的电荷密度波态，与此同时超导电性被剧烈地压制。经过核磁共振谱学分析，研究团队发现该电荷密度波态具有单向的条纹状电荷调制，当进一步增加压力至临界压力Pc2≈2.0GPa时，新的电荷密度波态被完全压制，超导转变温度也同时提升至最高值，这些结果表明超导与新的电荷密度波态存在强烈的竞争。

进一步研究表明笼目超导体具有显著的电子关联效应，这可能是来源于笼目晶格中电子-电子之间非局域的相互作用。此外，在压力下的超导态与常压下的超导态具有显著不同的自旋-晶格弛豫率随温度的演化行为，压力下的核磁共振研究表明，笼目超导体CsV3Sb5在压力下的超导态可能是一种非常规的超导态。

上述实验发现揭示了笼目超导体中新奇的电子关联效应以及丰富的演生现象，将为理解超导态与竞争电子态之间复杂的相互机制提供一个新的契机。

3.《Cell》｜西湖大学闫浈实验室破解叶绿体“守门人”之谜

TOC-TIC超级复合物电镜结构

叶绿体是双膜结构，内膜上的转运因子TIC和外膜上的转运因子TOC联合形成一个超级复合物TOC-TIC，作为蛋白进入叶绿体的“大门”。但长期以前，科学家并不清楚TOC-TIC复合物的全貌。

西湖大学闫浈带领的膜蛋白结构与功能实验室通过对前人研究成果的分析归纳，选择了克莱因衣藻的TOC-TIC超级复合物为研究对象，在两个已被确认并在不同物种中高度保守的TOC（Toc34）和TIC（Tic20）组分上分别加亲和标签进行纯化，最终这两种不同策略所纯化出来的蛋白质组分完全一致，并且解析出来的电镜结构也高度一致。此后的多重实验也相继验证，TOC-TIC超级复合物终于被找到，并且被精确识别出来。

这个克莱因衣藻叶绿体上的TOC-TIC超级复合物，清晰地展示了TOC-TIC各组分的高分辨结构与组装模式。它一共包含14个组分，其中8个为之前已报道的组分，6个为功能未知的新组分。结合前人理论，在双层的叶绿体膜上，这个重要的通道如同检查健康码的守门人一样，让蛋白带着转运信号肽一个个“扫码”入场。

一位审稿人评价说：该研究用纯化并解析结构这个“终极手段”解决了光合物种叶绿体生物学的一个核心问题，为增进理解和认识藻类、植物叶绿体如何发展进化迈出了一大步。

4.《PNAS》｜拟南芥超级增强子的鉴定与功能验证研究取得进展

超级增强子调控类操纵子基因簇中基因共表达

超级增强子自从发现以来便成为世界科技前沿的研究热点，被认为在哺乳动物的细胞分化、免疫应答等重要生物学过程中发挥着重要的调控功能，但尚缺乏关于植物超级增强子的研究。 

中科院东北地理与农业生态研究所孟凡立团队与国外研究者合作，利用拟南芥DNase I超敏感位点测序数据，在拟南芥全基因组范围内查找含有大的增强子簇的染色质开放区域，鉴定出749个候选超级增强子，最小的长度为1.5Kb。

该研究在由五个基因组成thalianol生物合成基因簇（BGC）中间定位了一个长3578 bp超级增强子，并利用CRISPR/Cas技术创制超级增强子的突变体。超级增强子中131-157bp小片段缺失显著抑制基因簇中五个基因转录，导致拟南芥根明显变长。此外，SE区域中T-DNA插入致使基因簇五个基因转录改变。该研究表明超级增强子在拟南芥组织发育特性相关基因表达和类操纵子基因簇基因共表达中起到重要作用，同时证明了拟南芥超级增强子与哺乳动物超级增强子具有相同的功能特征。

5.《Advanced Materials》｜新型可编程二维铁电存储器研发成功

器件结构设计及两端铁电忆阻器的存储性能

近日，中科院金属研究所研究人员与国内多家单位合作，通过设计二维半导体与二维铁电材料的特殊能带对齐方式，将金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）与非隧穿型的铁电忆阻器垂直组装，首次构筑了基于垂直架构的门电压可编程的二维铁电存储器。

研究团队使用二维层状材料CuInP2S6作为铁电绝缘体层，利用二维层状半导体材料MoS2和多层石墨烯分别作为铁电忆阻器的上、下电极层，形成金属/铁电体/半导体（M-FE-S）架构的忆阻器；同时，在顶部半导体层上方通过堆叠多层h-BN作为栅极介电层引入了MOSFET架构。底部M-FE-S忆阻器件开关比超过105并且具有长期数据存储能力，且阻变行为与CuInP2S6层的铁电性存在较强耦合。此外，研究人员通过制备3×4的阵列结构，展示了该型铁电忆阻器件应用于存储交叉阵列的可行性。

进一步，研究人员通过在上方MOSFET施加栅极电压，有效调控了二维半导体层MoS2的载流子浓度，从而对下方M-FE-S忆阻器的存储性能进行操控。基于以上结果，研究人员展示了该型器件的门电压可调多阻态的存储特性。

6.《Physical Review Letters 》｜中科大首次实现Fano直线线形的实验观测

（a-c）不同腔结构下的实验反射谱，虚线对应模式角度位置；（d-f）扣除吸收边影响后提取的实验反射谱。（g-i）模式角度下扣除吸收边影响后的实验反射谱。图（h）清楚展示了直线型的Fano线形

Fano公式因其普适性而成为现代物理学最重要的公式之一，它描述了分立态和连续态干涉而产生的复杂线形，并由法诺因子q调控。近些年来，在耗散问题研究中揭示出q可以取复数。随后理论上预言，q因子取纯虚数时Fano线形存在直线情形。但是，想要观测到该线形需要在虚部空间大范围调控q值，由于缺乏有效的实验手段，直线Fano线形一直没有得到实验证实。

中科大朱林繁教授课题组利用X射线薄膜平面腔，选用W原子2p→5d跃迁作为分立通道，与腔本身反射的连续通道发生Fano干涉。调节X射线的掠入射角度至一阶模，并改变薄膜腔的顶层Pt厚度，实现了纯虚数q因子的大范围调控。实验中，在顶层Pt厚度1nm时，q因子取-i，此时干涉交叉项精确抵消共振分立项，从而抹除了原子共振跃迁散射信号，在反射方向上只能探测到随能量不变的连续谱，并理论模拟重现了实验观测。通过薄膜平面腔“隐身”特定原子内壳层跃迁，为实验上探测吸收边前弱结构提供了新思路。

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