近日，南方科技大学生物医学工程系张华威等科研人员在Nature Communications杂志上以“Cryo-EM structure of human heptameric pannexin 2 channel”为题发表研究论文，报道泛连蛋白Pannexin 2 (Panx2)的冷冻电镜结构及工作机制。

 

 

       泛连蛋白（Panx）可形成大孔非选择性的膜通道，包括Panx1、Panx2及Panx3三类成员。Panx2可介导相邻细胞之间或者细胞与细胞外基质之间的物质交换，转运ATP及钙离子等小分子，在细胞通讯和细胞稳态中发挥重要作用。Panx2的功能异常可导致缺血性脑损伤、神经胶质瘤和多形性胶质母细胞瘤等多种疾病。相对于Panx1及Panx3，Panx2 有着较长的序列和独特的C端结构域，对Panx2的结构研究可为 Panx家族工作机制提供新见解。

       在本项工作中，研究人员通过一系列表达条件及纯化条件的筛选，得到适合冷冻电镜研究的Panx2样品，在南科大冷冻电镜中心进行冷冻条件的筛选及数据收集工作，并最终获得分辨率为3.4 Å的Panx2通道结构（图1）。Panx2 由七个相同的亚基组成，它们围绕跨膜通道以七重对称的方式进行组装。每个亚基可分为三个结构域：胞外结构域 (ECD)、跨膜结构域 (TMD) 和胞内结构域 (ICD)。其中胞外结构域中的Q91、E102、S264及Y94残疾分别与相邻亚基的Y82、Q285、Y82及S278残疾形成相互作用位点，胞内结构域中的CH1 和 CH3螺旋分别与相邻亚基的CH6 和 CH7螺旋相互作用，这些位点共同形成了Panx2七聚体的结构基础。

 

图1. Panx2冷冻电镜结构

 

       通过Panx2与Panx1的结构比对分析、Panx2通道半径分析以及Panx2通道静电情况分析，研究人员推测本项目获得的Panx2结构处于开放状态。位于细胞外入口处的七个R89精氨酸残基组成的环形成通道的最窄部位，作为调控底物选择性的分子过滤器。这些观察得到分子动力学模拟及ATP 释放实验的进一步验证 （图2）。本研究加深了人们对 Panx2 通道的认识，也为理解Panx家族的工作机制提供新的见解。

 

图2. R89残基调控Panx2通道的开闭

 

       生物医学工程系博士后张行博士为本文第一作者，张华威副研究员及中科院深圳先进技术研究院的袁曙光教授为本文通讯作者。南方科技大学为本文第一单位及通讯单位。本项目得到国家自然科学基金委员会、深圳市科技创新委员会、南方科技大学冷冻电镜中心等单位在资金及技术方面的支持。

 

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36861-x

 

       为迎接同学们重返校园，帮助同学们迅速调整至开学状态并投入到全新的学习和生活当中，3月3日中午，来自生物医学工程和智能医学工程两个专业的60名本科生在工学院南楼813报告厅召开了2023年春季学期第一次主题班会。生医工系主任蒋兴宇、党总支书记奚磊、副系主任吴长锋、班主任唐斌老师共同参与了此次活动。

 

蒋兴宇老师与同学们交流

吴长锋老师与同学们交流

奚磊老师与同学们交流

唐斌老师与同学们交流

 

       本次班会主要围绕“着眼未来、脚踏实地，实现人生理想价值”的主题进行展开交流。参会老师结合自身学习与科研工作的经历，深入浅出地向在场同学讲解如何做好时间管理、如何培养学习兴趣等问题，鼓励同学们要抓紧时间，认真做好学习科研、升学就业、英语学习等各项规划。

       会后，同学们积极发言提问，老师们对此一一进行答疑。本次班会的顺利召开，有助于帮助和引导学生客观认识自我，及时确立生涯目标和个人发展路径，从而通过不断奋斗实现人生理想。

       新学期，新气象。希望同学们从今天起，能给自己的人生做好规划，在新的一年都能有所收获，书写崭新篇章。

 

 

采写：王丹、肖然

      近日，南方科技大学生物医学工程系助理教授郭琼玉团队与电子与电气工程系助理教授唐晓颖团队合作，发表了一种可视化3D肿瘤栓塞模型，该模型结合深度学习以及图分析方法，在肝癌化疗栓塞体外评估模型构建中取得了重要进展。研究成果以“基于深度学习定量分析的3D局部化疗栓塞药物缓释模型的构建（A 3D Tumor-Mimicking in Vitro Drug Release Model of Locoregional Chemoembolization Using Deep Learning Based Quantitative Analyses）为题，在《先进科学》（Advanced Science）上发表。

       肝细胞癌占据原发性肝癌90%以上，具有高侵袭性和致死率，仍然是一个世界性的健康问题。经动脉化疗栓塞（transarterial chemoembolization），是针对不可切除的肝细胞癌治疗首选治疗手段，该治疗对肿瘤血管进行栓塞时输送高浓度化疗药物，使药物在肿瘤供血血管内长期滞留，局部缓慢释放，进而促进肿瘤的坏死。然而该手段的治疗效果一直存在争议，因此设计理想的栓塞模型评价肿瘤内部释药情况，准确评估不同栓塞制剂在体内的治疗效果具有重要的意义。

图1基于深度学习的可视化3D栓塞模型示意图

       郭琼玉教授团队和唐晓颖教授团队合作，利用脱细胞肝脏，设计了一种基于深度学习的脱细胞肝脏3D可视化药物释放肿瘤模型（图1）。该模型中包含了影响体内药物释放的三个关键特征：复杂的血管系统，影响药物扩散的电负性细胞外基质，以及可控的药物损耗。所设计的基于注意力机制与对抗训练的U形分割网络可以实现少量标注样本下的血管栓塞区域的精准分割。进而结合一系列图像处理及图分析算法，成功实现了药物损耗的精准且自动量化统计分析。为了进一步验证该模型的可行性和准确性，该研究对药物在肿瘤部位的栓塞深度、药物在血管内的残留以及血管外的药物扩散就进行了定量分析，实现了体内-体外相关性的建立。

       利用所建立的可视化模型，初步评估了化疗药物阿霉素溶液三种不同形态药物制剂在血管内部的栓塞效果（图2）。研究者运用图像处理算法对所分割的栓塞血管进行骨架提取，并构建自定义的多层级树，随后在不同树层级进行量化分析及统计比较，可以清晰明了的刻画三种制剂80天内栓塞深度的差异以及血管内药物残留变化。

图2阿霉素栓塞制剂在3D脱细胞肝脏栓塞模型中的栓塞效果比较。DOX: 盐酸阿霉素水溶液；EO-DOX：碘化油-阿霉素乳剂；DEB：阿霉素洗脱微球。 

       化疗药物在肿瘤内的局部药物浓度是决定其治疗效果的重要因素，得益于3D模型的可视化性能，研究者详细分析了药物从血管内扩散的区域和荧光强度，并与体内实验中药物扩散行为进行对比，发现该模型的评估结果与体内研究结果具有一致性，验证了该栓塞化疗模型应用于体内-体外一致性评价的有效性，对新型药物制剂的研发和临床栓塞化疗效果的评价具有重要指导意义（图3）。

图 3 药物洗脱微球在血管外扩散距离的测定以及体内-体外相关性评价。

       南方科技大学生物医学工程系博士后刘晓亚、电子与电气工程系硕士毕业生王雪莹为论文共同第一作者，生物医学工程系郭琼玉助理教授、电子与电气工程系助理教授唐晓颖为共同通讯作者。南方科技大学为论文通讯单位。合作作者包括南方科技大学19级硕士生罗煜成，21级硕士生王美娟，18级本科生韩晓昱等；感谢国家自然科学基金项目、广东省广创团队、深圳市科创委和南科大等经费资助和大力支持。

 

       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202206195?af=R