STIM1（stromal interaction molecule 1）是细胞 SOCE(store-operated Ca2+entry)通路的主要元件,位于ER（endoplasmic reticulum）膜上,可以感应ER腔内的Ca2+含量变化。STIM1 被激活后会转移到 ER-PM（ER-plasma membrane）junction,与质膜上的ORAI Ca2+通道结合并打开通道,引起Ca2+内流进入细胞。STIM1属于单跨膜蛋白,在跨膜信号传导（inside-out）过程中,其位于ER腔内的N端部分构象变化会引发胞质区构象的剧烈改变,但在此过程中STIM1的跨膜区是否存在构象改变尚不明确。在本论文第三章中,借助于合作者鉴定的功能获得型突变体C227W,我们以STIM1跨膜区为研究对象,首先通过体外重组的方法将WT（wild type）和C227W组装到bicelles类膜体系中,同时利用溶液NMR（nuclear magnetic resonance）揭示了 bicelles环境下的WT和C227W构象之间存在显著差异,并鉴定出介导跨膜区构象改变的部分关键残基,证明了 STIM1从静息态过渡到激活态,跨膜区会发生结构重排。此外,基于nanodiscs类膜体系的FRET/LRET（fluorescence/luminescence resonance energy transfer）实验证明 STIM1跨膜区的构象重排会导致胞质区CC1（coiled-coil 1）的构象发生改变,说明STIM1跨膜区可以作为一个构象开关控制ER膜两侧的信号传导。最后,为了完成STIM1跨膜区的结构解析,我们对载体和蛋白的体外组装方法进行了优化,获得了比较理想的 ~1H-15N HSQC（heteronuclear single quantum coherence）二维谱。STIMATE（STIM-activating enhancer）是位于ER膜上的多跨膜蛋白,通过与STIM1相互作用调控细胞的SOCE,同时还参与调控了 ER-PM junction的动态形成。STIMATE C-tail（STIMATE-CT）是STIMATE发挥生物学功能的关键区域,能够与STIM1-CC1发生直接的物理性相互作用促进STIM1活化以及调控ER-PM junction的极速重塑。因此,STIMATE-CT与生物膜的功能密切相关,但STIMATE-CT与膜之间是否存在直接的相互作用以及相关的作用机制目前仍不明确。在本论文第四章中,我们利用生物化学和NMR的方法研究了 STIMATE-CT与生物膜之间的相互作用机制。首先,liposome pulldown结果揭示了STIMATE-CT可以特异性结合PI（4,5）P2或PI（3,4,5）P3-liposome类膜体系;其次,基于蛋白主链原子的化学位移认证信息进行的二级结构预测结果表明,STIMATE-CT 是无结构蛋白;最后,我们通过 STIMATE-CT 与 PI（4,5）P2-bicelles类膜体系的NMR滴定分析结合突变实验证明242VRYR245和284KKKK287是STIMATE-CT与膜特异性相互作用的关键区域。在补充研究中,我们在STIMATE-CT与膜相互作用的体系中引入Ca2+,通过NMR滴定分析和liposome pulldown实验初步证明Ca2+会抑制STIMATE-CT与生物膜之间的结合。另外,我们还利用NMR滴定实验证明了 STIMATE-CT与STIM1-CC1之间存在相互作用,为以后深入研究二者之间相互作用的分子机制奠定了基础。综上,我们的工作首次证明了 STIM1在静息和激活两种状态下跨膜区的构象存在显著差异,而且跨膜区的构象重排会进一步引起胞质区CC1的构象发生改变,该结果揭示了单次跨膜蛋白的跨膜区在调控信号跨膜传导过程中的生物学意义。此外,对于STIM1的激活蛋白STIMATE,我们证明了 STIMATE-CT能够特异性结合生物膜,而且Ca2+会调控STIMATE-CT与生物膜之间的结合,该结果揭示了 STIMATE-CT潜在的生物学功能,即与质膜的特异性结合。总之,上述两项工作丰富了 STIM1激活模型中关于STIM1跨膜区构象变化以及STIMATE-CT关联于膜的生物学信息。