研究解析溶酶體鈣離子通道TRPML3在三種不同狀態下的高解析度三維...

2020-11-25 生物谷

 

近日，中國科學院昆明動物研究所離子通道藥物研發中心、美國哥倫比亞大學和清華大學合作完成的最新研究成果，以Cryo-EM structures of the human endolysosomal TRPML3 channel in three distinct states為題，發表在Nature Structural & Molecular Biology上。研究人員通過使用單顆粒冷凍電子顯微鏡技術，解析人源性溶酶體鈣離子通道TRPML3在關閉狀態、激動劑引發的開放狀態及酸性pH抑制狀態下的高解析度全長結構，揭示了前所未有的結構特徵，為研究該通道的激活及調控機制和生理功能提供了全新的結構基礎。

胞吞途徑對胞內信號傳導及細胞生理反應具有重要作用。內涵體及溶酶體中存在的多種離子通道對胞吞途徑具有調控作用，其中主要分布於溶酶體及內涵體中的TRPML1和TRPML3離子通道對細胞膜轉運、細胞自噬、胞吐作用及維持離子平衡至關重要。研究發現，瞬時受體電位通道成員TRPML1是MLIV的遺傳致病決定性因素，多達20餘種TRPML1基因突變可導致MLIV。此外，小鼠中的兩個自發性功能增強型TRPML3突變體（A419P及I362T）能夠導致聽覺喪失及毛色弱化的生理表型，這些研究表明TRPML1與TRPML3通道在細胞生理過程中發揮重要作用。在正常細胞生理條件下，TRPML3通道能夠受到多種因素調控：PI(3，5)P2激活TRPML3通道，TRPML3通道活性能夠分別被酸性pH、Na+及PI(4，5)P2抑制。多種合成小分子如ML-SA1能特異性激活TRPML通道，而這些激動劑對TRPML通道生理功能研究頗為重要。

為了更深入了解TRPML通道功能及調控的分子機制，通過使用單顆粒冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)，研究人員成功解析了全長人源性TRPML3離子通道在關閉狀態、激動劑結合導致的開放狀態及低pH抑制狀態下的高解析度（分別為4.06、3.62及4.65 ？）結構。三維結構顯示激動劑ML-SA1結合於跨膜結構域S5與S6之間並誘導打開S6的門控組件。結構顯示多個獨特的結構特點：多囊蛋白-粘脂蛋白結構域（polycystin-mucolipin domain， PMD）構成細胞器內腔帽子（luminal cap）結構，S1跨膜a螺旋段延伸至該帽子結構，與一個a螺旋段連為一體，構成「門控杆」（gating rod），直接與腔孔環（luminal pore loop）連接，而此腔孔環在酸性pH條件下發生劇烈的構象變化；跨膜a螺旋段S2延伸至胞內側並與多個胞內側結構區相互作用，構成「門控把手」（gating knob）。結合電生理實驗結果，這些獨特的結構特徵提示了新的通道調控機制，即腔內低pH及其它生理調控因子（如PIP2），通過導致S1及S2的構象變化，對TRPML3通道功能進行調節。該工作揭示了TRPML3通道全新的結構特點及通道激活與調控中發生的構象變化，為進一步研究TRPML3通道調控機制提供了結構基礎，為解致病突變導致通道功能異常的原因提供了線索。

研究工作得到了國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國家自然科學基金面上項目、雲南省科技廳海外高端人才、雲南省高層次人才項目、青年**計劃及美國國立衛生研究院等的支持。(生物谷Bioon.com）

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