钙离子参与一切生命活动过程，是生命体不可缺少的离子。MCU是线粒体摄入钙离子的重要分子机器，对线粒体的能量代谢和维持细胞生存起着关键作用。早在50多年前科学家就发现了线粒体对钙离子的吸收作用，但直到2011年介导钙离子进入线粒体的单向转运体才被美国Mootha实验室和意大利的Rizzuto实验室正式发现。令人惊讶的是，线粒体吸收钙离子不是简单地由单个蛋白转运，需要由多个蛋白质形成的复合体完成。跨膜MCU是这个蛋白质复合体的中心，位于线粒体内膜，其它调控蛋白包括MICU1、MICU2、MCUb、 EMRE。因此，MCU转运钙离子是一个高度复杂并受到严格控制的过程。如何在分子水平上揭示MCU的结构基础，阐明MCU转运钙离子的本质，将对线粒体内稳态的理解和线粒体相关疾病的治疗具有重要意义，并将拓展对离子通道的认识和理解。
MCU作为近年来科学界的重要发现，国内外顶尖科研团队纷纷开展了对其分子基础的研究，而MCU体系的复杂性为这一问题的解决带来了巨大的挑战。在国家蛋白质科学中心（上海）的周界文研究员和丛尧研究员的共同指导下，博士研究生董颖利用国家蛋白质科学研究（上海）设施（简称“上海设施”）电镜分析系统，通过负染电镜的方法获得了MCU蛋白的整体形貌，发现MCU形成了一个“花瓶形”的同源五聚体，然而MCU精确的结构信息仍然缺乏。为了攻克这样一个整体分子量达到90 kDa以上、非常有挑战性的蛋白质，周界文研究员继续带领其团队研发了一整套高效的膜蛋白核磁技术，充分利用了上海设施的高场核磁谱仪，解析了MCU高分辨率的核磁结构，清楚地揭示了MCU中钙离子特异性选择的通道入口。哈佛医学院的Vamsi Mootha团队进一步用功能实验验证了结构中观察到的重要位点对MCU的钙离子转运非常关键。此外，国家蛋白质科学中心（上海）欧阳波研究员在蛋白样品的制备和数据分析上提供了很大的帮助，核磁系统的刘志军高级工程师协助采集了一系列高质量的核磁图谱，电镜系统孔亮亮高级工程师悉心指导了电镜仪器和软件的使用，使得该研究得以顺利完成。
上海设施自2014年5月开放至今，核磁和电镜分析系统累计服务用户课题超过210个，为多项国家科技战略先导专项、973和863项目等提供科研保障和技术支撑。截至2016年4月，上海设施用户已经在Nature、Nature子刊、JACS、PNAS等国际著名期刊上发表了超过12篇文章，为各领域科学研究起到重要的推动作用。核磁和电镜分析系统现在正全面开放运行。
该研究工作受到中科院战略性先导科技专项（B类）、国家科技部、国家科技重大专项、国家自然科学基金委以及上海市科委基础研究项目的经费资助，并得到国家蛋白质科学研究（上海）设施核磁系统以及电镜系统的大力支持。（生化与细胞所）
线粒体钙离子单向转运体MCU的通道结构
(A) 单颗粒重组获得的负染电镜图
(B) 钙离子转运通道示意图
(C) MCU五聚体的核磁结构示意图
(D)MCU单体的结构组成
