1型ryanodine受体(RyR1)是骨骼肌中重要的钙释放通道，对肌肉收缩至关重要。它介导钙从肌浆网释放，肌浆网是肌细胞中的钙储存细胞器，对肌肉功能至关重要。RyR1基因的突变可以以截然不同的方式影响通道的功能，导致严重的肌肉疾病，如恶性高热症(MH)和中央核心疾病(CCD)。MH是一种遗传性疾病，具有功能获得性RyR1变异体的患者在吸入麻醉剂后可引起高烧和肌肉挛缩。CCD是一种遗传性肌病，由于RyR1变异的功能丧失而导致肌肉无力和肌病。这些效应强调了RyR1的关键作用和钙通道对肌肉健康的最佳功能。

虽然最近的研究主要集中在RyR1的大细胞质区域，在那里发现了许多疾病相关的突变，但第五跨膜段(S5)在通道门控和肌肉疾病的发病机制中的具体作用尚不清楚。幸运的是，在2024年9月18日发表在《通讯生物学》上的一项新的开创性研究中，来自日本的研究人员通过研究RyR1的S5段突变如何导致MH和CCD，解决了这一知识空白。该研究小组由俊天道大学的副教授Takashi Murayama和副教授Nagomi Kurebayashi以及京都大学的副教授Haruo Ogawa和研究生Yuya Otori组成，他们开始揭示S5突变是如何导致肌肉疾病的。S5段对于RyR1通道的孔隙形成至关重要。然而，我们在文献中发现了许多与S5相关的疾病突变，这促使我们研究S5片段在调节RyR1通道中的作用，”Takashi Murayama副教授解释说。

研究人员利用HEK293细胞(一种常用的人类胚胎肾细胞系)进行工程改造，表达具有特定突变的RyR1蛋白。他们测量了咖啡因诱导的钙释放，以评估突变对钙释放动力学的影响。此外，他们分别使用Fluo-4 AM(绿色荧光钙指示剂)和R-CEPIA1er(一种基因编码钙指示剂)监测静息细胞质和内质网(ER)钙水平。[3H]通过ryyanodine结合实验来评价RyR1通道的结合亲和力和活性。此外，去极化诱导钙释放(DICR)平台被用于评估RyR1通道中的钙释放。

该研究聚焦于RyR1的S5和S5- s6区域的突变，确定了3个与MH相关的突变和8个与CCD相关的突变。对于MH突变体，他们观察到咖啡因敏感性增加，静息时细胞质钙水平升高，内质网钙水平降低。Ryanodine结合和DICR检测证实通道活性增强。相比之下，CCD突变体表现出功能丧失的表型，其特征是咖啡因敏感性降低，钙释放减少，ryanodine结合受到抑制，DICR降低。值得注意的是，一些CCD突变体尽管证实表达，但没有检测到通道活性，表明通道功能严重受损。RyR1通道的结构和上述突变可以在YouTube上由作者创建的视频中可视化。

接下来，对RyR1结构的结果进行解释。研究人员确定了导致疾病相关突变的残基与其他跨膜片段之间的几种潜在相互作用。值得注意的是，这些相互作用的重要性是通过相互作用伙伴的突变来验证的。副教授Haruo Ogawa强调了他们的研究结果，“我们发现了RyR1的一种新的调控机制，其中S5片段在通道门控中起双重作用，并阐明了疾病相关突变导致通道改变的分子机制。”

本研究阐明了S5突变如何影响通道功能，从而提高了对肌肉生理学中钙信号传导的理解。解释他们目前研究的潜在影响，副教授。Murayama和Ogawa分享说:“我们的研究结果为开发治疗由RyR1突变引起的肌肉疾病的新药提供了新的见解。”

我们当然希望这项研究为彻底改变严重肌肉疾病的治疗铺平道路。