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楊巍/郭江濤/楊帆課題組Cell Reports合作發文揭示TRPM2孔區選擇性濾器門控新機制

來源 :條件中醫藥學系    發布時間 :2021-11-17    瀏覽次數 :527

離子通道是細胞膜上一類含有親水性孔道的重要膜蛋白,它們通過離子跨膜轉運調控膜電位,是細胞電信號產生和傳導的基礎。離子通道因感受細胞內外特異的化學或物理信號刺激,如溫度、酸堿度、脂質微環境、機械力、滲透壓等,而開放或關閉其“閘門 (gate) ”的過程被稱為通道的“門控 (gating) ”。離子通道的門控調節對細胞信號轉導、細胞體積維持及細胞離子穩態調控起著關鍵作用。值得一提的是,今年諾貝爾生理學或醫學獎頒給了兩位從事離子通道科學家,表彰其發現溫度覺 (TRP channel) 和觸覺(Piezo channel) 感知的關鍵離子通道。

TRPM2通道隸屬于TRP超家族M亞家族,作為一種重要的體內氧化應激感受器,近年來研究表明其激活門控受到ADPR和Ca2+嚴低調奢華控,潛在性的現其介導了還包括腦卒中,糖尿病的風險,精神退行問題和患病體現等氧化的應激狀態各種相關問題,被看做是綜上所述問題的潛在性的進行治療靶標。但,近兩載以來來滿堂彩APP下載TRPM2通路門控新機制研究分析雖然好幾回定進展 (Wang et al., Science, 2018; Huang et al., eLife, 2019) ,但(dan)人(ren)源TRPM2通道 (hsTRPM2)  孔區(qu)結構和門控調節(jie)機(ji)制(zhi)仍不清楚。

2021年11月,滿堂彩楊巍、郭江濤和楊帆團隊Cell Reports報紙上線刊出了實驗文獻綜述"Structural and Functional Basis of the Selectivity Filter as a Gate in Human TRPM2 Channel"。小文章認定了人源TRPM2節點陰陽鋁離子選性濾器氧分子組成,高并發現其為節點陰陽鋁離子很通透的上面水閘 (gate),該科學研究為具體分析TRPM2通路的門控策略相應以TRPM2通路為靶商標用藥科研開發帶來了新的分子結構理論知識。


該(gai)團(tuan)隊協作鉆研人第一方面利用冷卻電鏡介(jie)紹視(shi)頻(pin)首例nanodisc制造下的近(jin)水分子識別(bie)率(lv)設計 (3.76Å) ,并介(jie)紹視(shi)頻(pin)了相對詳細的孔區(qu)構象 (3.68Å) 。與(yu)已介(jie)紹視(shi)頻(pin)的hsTRPM2在去垢劑(detergent)設計較(jiao)之,hsTRPM2出入口(kou)nanodisc設計其(qi)胞(bao)內區(qu)沒能(neng)強(qiang)烈不(bu)一樣,但跨(kua)膜區(qu)的電壓靈敏樣設計域(Voltage sensoring-like domain, VSLD )和(he)孔區(qu)設計域(pore region)則更(geng)鄰(lin)近(jin)出入口(kou)孔區(qu)核心,各亞基兩者之間時間更(geng)密不(bu)可分。

公司實(shi)驗人群(qun)進一個(ge)步(bu)驟切合折算生(sheng)物(wu)體學發現其(qi)孔區(qu)選澤性(xing)濾器形成為“FGQI”基序,其(qi)最窄(zhai)板(ban)塊孔徑(jing)不低(di)于1Å(Toth et al., PNAS, 2012),顯示信息(xi)系統也許(xu) 充(chong)任緩沖區(qu)的尾端閘門啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)(upper gate)。恰(qia)恰(qia)相反(fan),斑馬魚(yu)(Danio rerio)和海葵(Nematostella vectensis)好幾個(ge)動物(wu)群(qun)的TRPM2緩沖區(qu)構造顯示信息(xi)其(qi)選定(ding)(ding) 性(xing)濾器固然(ran)為閘門啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji),顯示信息(xi)系統TRPM2緩沖區(qu)選定(ding)(ding) 性(xing)濾器的閘門啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)啟(qi)(qi)閉(bi)機(ji)(ji)(ji)長效機(ji)(ji)(ji)制也許(xu) 長期存在(zai)動物(wu)群(qun)不一致性(xing)。


圖(tu)1. 人源(yuan)TRPM2孔區在nanodisc的(de)電鏡(jing)節構

為了進一步驗證結構和計算預測,研究人員綜合利用點突變、膜片鉗電生理功能研究、基于銀離子修飾的半胱氨酸可及性分析(Substituted Cysteine Accessibility Method,SCAM)等多種研究手段,發現“FGQI”基序的突變會引起全細胞TRPM2通道電流明顯減弱。單通道記錄結果表明“FGQI”基序的突變會引起Ca2+外液下翻轉電位改變,對Ca2+與Na+通透率和單通道電導(Single channel conductance)也發生了改變。證明“FGQI”基序實在是TRPM2短信通道首選性濾器。

為了進一步探究選擇性濾器是否形成閘門,研究人員引入SCAM,其原理是基于銀離子(Ag+)與半胱氨酸殘基(Cysteine)接觸會形成共價結合,進而觀察是否影響通道電流特征來判定。

有趣的是,hsTRPM2通道在關閉狀態下給予銀離子孵育并不影響其通道功能,而在hsTRPM2通道孔區引入半胱氨酸突變后,僅在通道開放時才會有Ag+通過,進而導致通道失活,證明該選擇性濾器確實作為通道閘門。而在低等動物海葵TRPM2 (nvTRPM2) 通道中,則發現其關閉態下即可允許Ag+通過,進而修飾引入的半胱氨酸,并導致通道激活速率變慢。上述結果表明TRPM2通(tong)(tong)道(dao)孔區(qu)選擇性濾器在(zai)低等動物(wu)中并未(wei)形成閘門(men),而進化(hua)至(zhi)高(gao)等動物(wu)比如(ru)人中則進化(hua)為通(tong)(tong)道(dao)閘門(men),首次揭示了(le)TRPM2通(tong)(tong)道(dao)選擇性濾器存在(zai)進化(hua)過程(cheng)的物(wu)種不一致(zhi)性性。

該鉆研不光能夠促進(jin)辨析TRPM2工(gong)作區(qu)縝密的(de)門控調節(jie)器(qi)措施(shi),增強對(dui)TRPM2工(gong)作區(qu)介導的(de)注重人體生理疾病發展的(de)了解(jie),也為以TRPM2工(gong)作區(qu)為靶(ba)點的(de)用(yong)量生產制造供應新的(de)原(yuan)子核的(de)基(ji)礎。


圖2. 人源TRPM2(左圖)與海葵TRPM2 (右圖) 選用性濾器平板閘門機能實驗設計



圖3. 人源(yuan)TRPM2 (hTRPM2) 和海葵TRPM2 (nvTRPM2) 的選擇性濾(lv)器(qi)門控分子機制(zhi)與功能在物種間的差異(yi)性示意圖。(卡通右圖:鹿(lu)琳(lin)博士)

該研究得到國家自然合理私募債券著重和上樓盤、一個國家藥物轉型升級根本性督查通知和安徽省理所當然合理杰出成年成年私募債券等樓盤的助學。楊巍結題組夏飛搏士、郭江濤結題組博搏士后解媛博土、在我國物理滿堂彩官網山東市先進集體技巧的研院/山東市理工學師范大學張小康生活研究方案員和浙江省大專分子生物滿堂彩官網蛋白酶質手機平臺馬騁博士后為相互獨一編輯,楊巍教導、郭江濤實驗員和楊帆科學博土生導師為一同網絡通訊我們。特殊致謝聶焱副教援(鄭州科技信息社會)、張巖科學博土生導師(湖南社會)、張興教援(湖南社會)、羅建紅教援(湖南社會)、江林華博土(英格蘭利茲大學)、常勝海博士(滿堂彩)和黃麗(西湖大學)對本工作的支持,也感謝滿堂彩和南方科技大學冷凍電鏡中心,滿堂彩醫滿堂彩官網公共技術平臺對本工作支持。


參考價值文章
[1] Tóth, B., and Csanády, L. (2012). Pore collapse underlies irreversible inactivation of TRPM2 cation channel currents. PNAS 109,13440-13445.
[2] Wang, L., Fu, T.M., Zhou, Y., Xia, S., Greka, A., and Wu, H. (2018). Structures and gating mechanism of human TRPM2. Science. 362:eaav4809–35.
[3] Huang, Y., Roth, B., Lü, W., and Du, J. (2019). Ligand recognition and gating mechanism through three ligand-binding sites of human TRPM2 channel. eLife. 8:e36409.