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细胞内的钙离子信号能够调控多种细胞内重要的生理过程,其中包括：肌肉收缩、基因转录、细胞生长与分化、细胞凋亡等。细胞内钙离子信号的产生主要是以细胞质膜上的钙离子通道为基础,多种方式共同调控的。而钙库操纵钙离子内流(Store Operated Ca2+Entry, SOCE)是其中一种主要的途径。SOCE的过程是由于细胞内的钙库(内质网或肌浆网)钙离子的排空而导致细胞质膜上钙离子通道的激活,从而使得细胞外的钙离子内流。通过对这一过程的研究,发现了在SOCE过程中有两个蛋白家族起到非常重要的作用：一种是Orai蛋白家族,它是细胞质膜上的钙离子释放激活的钙离子通道(Ca2+release-activated Ca2+channel, CRAC);另外一种则是位于内质网膜或肌浆网膜上的单次跨膜蛋白STIM(Stromal interaction molecules)家族。STIM蛋白既是内质网腔内钙离子浓度的感受器,同时又能激活细胞质膜上的Orai蛋白家族。但是由于一直缺少STIM1蛋白C端的结构模型,这使得对STIM1分子是如何通过与Orail分子相互作用从而激活CRAC通道的分子机制的研究受到了限制。本研究利用X射线晶体学的方法解析了线虫来源STIM1的coiled-coil区域(Caenorhabditis elegans STIM1coiled-coil Region, Ce-STIM1-CCR)的结构。根据结构分析的结果,并结合人源STIM1的SOAR结构域(hsSOAR)的晶体结构,通过细胞生物学以及生理学实验,对CRAC通道激活的分子机制进行研究和分析。通过将Ce-STIM1-CCR的结构与hsSOAR的结构进行对比,发现在Ce-STIM1-CCR中存在一个与hsSOAR的结构非常相似的结构域(CeS-SOAR)。但是除此之外,在Ce-STIM1-CCR结构中还发现了一段靠近CeS-SOAR N端的小螺旋,这个片段与SOAR区域存在多种的相互作用。如果将这个片段从STIM1分子中敲除,发现在钙库钙离子充足的情况下,STIM1能够持续性的激活Orail通道,所以认为这个片段能够使静息状态下的STIM1分子处于自抑制构象,定义这个片段为抑制螺旋IH(Inhibitory Helix)。根据本研究中所提到的两个STIM1片段的研究成果,并结合现有的Orail通道激活的相关信息,本文提出了可能的STIM1激活Orail通道的分子模型：在静息状态下,STIM1是以SOAR介导的二体形式存在的,IH能够与SOAR区域相互作用使得整个STIM1分子处于自抑制的状态；当内质网腔内钙离子排空后,STIM1分子N端的EF-hand失去钙离子,从而导致构象的改变,N端SAM区域开始募集其它的STIM1分子而发生聚集,进而导致STIM1分子C端发生变构,IH释放出SOAR,使得SOAR能够与细胞质膜上的Orai1相互作用,STIM1分子将以二聚体为基本单位,通过SAM区域不断的募集更多的STIM1分子,从而形成高聚,以此激活Orai1通道,使得细胞外的钙离子内流并且达到最大速度。有研究发现在内质网与线粒体之间存在一个连接区域。线粒体能够摄取内质网释放到该区域的钙离子。位于线粒体内膜上的线粒体钙离子单向传递体(Mitochondrial Ca2+Uniporter, MCU)是线粒体钙离子摄取过程中主要的钙离子通道。近几年,对MCU及其相关调控蛋白的研究迅速成为了热点,其中MCUR1(Mitochondrial calcium uniporter regulator1)被报道是MCU的一个调控蛋白。本研究成功的表达和纯化了人源MCUR1蛋白,并且经过晶体的初筛和优化,得到了能够进行X射线衍射的晶体。本研究所提供的Ce-STIM1-CCR三维结构以及后续的细胞功能实验数据,为STIM1如何与Orail相互作用,并调控Orail通道的激活提供了重要的信息和依据,对进一步了解CRAC通道的调控机制以及SOCE过程具有重要意义。另外,本研究所提到的MCUR1的相关实验数据,也为对线粒体钙离子摄取过程及其调控机制的研究奠定了良好的基础。