STIM1诱导的非孔道相邻跨膜界面扩张对Orai1孔道开放的关键作用

本研究通过光交联非天然氨基酸（UAA）技术，揭示了STIM1与Orai1相互作用中非孔道相邻跨膜界面（TM3-TM4/TM2′）扩张是调控CRAC通道开放的核心机制。作者结合分子动力学模拟（MD）和电生理实验，证实TM3作为“守门员”通过界面距离变化传递构象信号，为免疫相关Ca2+ 通道的动态调控提供了新见解。

　　

Highlights

光交联UAA技术锁定TM3的调控作用
研究团队利用光交联非天然氨基酸（Azi/Bpa）对Orai1所有跨膜区（TM1-TM4）进行系统性扫描，发现TM3是调控孔道开放的核心结构域。其中，外膜侧TM3（如V192、L188）的UAA插入导致组成型活性，而内膜侧TM3（如V181、A177）的UAA需紫外（UV）激活才能开放通道。分子动力学模拟显示，这些位点与相邻TM4/TM2′形成关键界面，其距离变化直接关联孔道水化程度。

分子机制：TM3-TM4/TM2′界面的动态调控

通过双突变实验发现，TM3（V181）与TM4（A254）的侧链体积与电流强度呈正相关。例如，将A254突变为苯丙氨酸（F）可使Orai1-V181Azi的UV激活电流提升3倍。MD模拟进一步证实，人为限制V181:A254距离为13?时，TM1与TM3相互作用增强，引发孔道扩张。类似地，TM3（V181）与TM2′（C143）的距离增加至14?同样促进开放，但调控效力弱于TM3-TM4界面。

STIM1协同作用与生理意义

在STIM1存在时，TM3-UAA突变体的UV激活电流显著增强。例如，Orai1-L185Azi在STIM1耦合后UV响应电流达野生型的170%。有趣的是，若UV照射先于STIM1完全结合，突变体（如V181Azi）的最大激活水平会受限，表明生理性激活需要TM3-TM4界面的有序扩张。这一发现与疾病相关突变（如Stormorken综合征的P245突变）的病理机制相呼应。

技术突破与未来方向

该研究首次将光遗传学工具（UAA）与经典突变策略结合，动态解析了CRAC通道的构象变化。作者提出“双反应元件”模型：STIM1首先通过铰链区（L261-K265）启动构象变化，继而通过TM3-TM4/TM2′界面传递机械信号。这一机制为开发靶向Orai1界面的小分子药物提供了新思路，尤其对免疫缺陷和肌肉疾病的治疗具有潜在价值。

争议与挑战

尽管光交联技术具有高时空分辨率，但Azi可能存在的非特异性反应（如与脂质交联）仍需谨慎评估。此外，不同结构研究中TM3-TM2′界面扩张程度的差异（冷冻电镜vs. X射线）提示构象调控可能存在物种或状态依赖性，未来需通过STIM1-Orai1复合体结构验证。

全文通过多学科交叉方法，揭示了离子通道外围结构域的动态变构机制，为理解Ca²⁺
信号转导提供了范式级案例。