南昌大学张进团队解析TRPC4离子通道的结构

【字体: 时间:2019年01月09日 来源:生物通

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  南昌大学、霍华德休斯医学研究所和西南医科大学等机构合作,在《Nature Communications》杂志上发表题为“Structure of the mouse TRPC4 ion channel”的论文,解析了小鼠TRPC4离子通道的结构,分辨率达到3.3 Å。

  

离子通道是十分重要的药物靶点,市场上许多药物都是直接或间接地作用于离子通道。TRPC4是非选择性的阳离子通道,在心力衰竭和抑郁症等重大疾病的发生中起着关键作用。TRP离子通道中多个亚家族的结构已成功解析,但唯独还差TRPC亚家族。

为此,南昌大学、霍华德休斯医学研究所和西南医科大学等机构合作,在《Nature Communications》杂志上发表题为“Structure of the mouse TRPC4 ion channel”的论文,解析了小鼠TRPC4离子通道的结构,分辨率达到3.3 Å。

南昌大学基础医学院的张进教授和霍华德休斯医学研究所的李宗利博士为论文的共同通讯作者。南昌大学基础医学院的段晶晶、李健和西南医科大学心血管医学研究所的曾博为并列第一作者。

TRPC4离子通道在人体组织中广泛表达,并且可自身组装成同聚体通道,或与TRPC1和TRPC5组装成异聚体通道。对Trpc4缺陷小鼠的研究表明,TRPC4影响内皮依赖性的血管张力调节、内皮通透性以及丘脑中间神经元的神经递质释放。这也引发了人们对TRPC4离子通道结构的兴趣。

在这项研究中,研究人员利用BacMam表达系统表达了小鼠的TRPC4蛋白质(氨基酸1-758,不包括氨基酸759-974),并利用冷冻电镜技术(cryo-EM)对纯化蛋白质的结构进行了深入解析。小鼠TRPC4离子通道的整体分辨率达到3.3 Å。


图1. mTRPC4的整体结构(图片来自原文)

总的来说,TRPC4的结构是一个四元对称的同源四聚体(图1),尺寸为100 Å × 100 Å × 120 Å。每个单体都包含跨膜结构域和胞质结构域。胞质结构域由两个亚结构域组成:N端亚结构域包括四个锚蛋白重复序列(AR1-AR4)和七个α-螺旋(H1-H7);C端亚结构域包括连接螺旋和卷曲螺旋。

研究人员随后开展了Ca2+测量和电生理学研究,验证了这种用于结构研究的截短蛋白对阳离子是可渗透的,并且保留了对通道活化剂和阻断剂的敏感性。在构建载体时,他们采用了广州赛业生物提供的载体构建服务。

之后,研究人员将TRPC4的结构与先前报道的TRP结构进行比较。除了跨膜结构域的六个螺旋,TRPC4与其他TRP离子通道表现出完全不同的胞内结构。例如,TRPC4的Cys549和Cys554之间的二硫键位于连接S5和孔螺旋的环中,而TRPM家族的二硫键位于孔螺旋和S6之间的环中。

Cys549和Cys554之间的二硫键对孔环结构的稳定有着重要作用。如果两个半胱氨酸中的一个发生突变,则会形成单体间二硫键,这将明显改变孔环的结构,并影响通道活性。半胱氨酸双突变体(C549A + C554A)的研究结果表明,二硫键对通道活性的氧化还原调控是必不可少的。

此外,芳香相互作用在胞质结构域排列和蛋白质折叠中至关重要。研究人员还发现,TRPC4的N端结构域与TRP结构域之间的相互作用通过 π–π 和阳离子–π 相互作用而稳定。TRPC4的N端和C端结构域之间的相互作用也通过 π–π 相互作用和两个氢键来加强。

TRPC4结构的解析,攻克了TRP离子通道的最后一个亚家族,为TRP离子通道的结构理解和调控机制研究,提供了非常丰富的结构信息。同时,这种原子水平的蛋白结构解析有望推动抗心衰和抗抑郁药物的研发。(生物通 余亮)

原文检索

Structure of the mouse TRPC4 ion channel

Nature Communications doi: 10.1038/s41467-018-05247-9

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