冷冻电镜揭示Cx46/50间隙连接通道钙离子依赖性门控的结构基础

《Nature Communications》：Calcium induced N-terminal gating and pore collapse in connexin-46/50 gap junctions

　　

摘要

间隙连接促进了组织功能所必需的电和代谢偶联。在缺血条件下（例如，心脏病发作或中风），升高的胞内钙离子（Ca2⁺）会解偶联这些通讯通路以限制细胞毒性信号的扩散，但这一保护反应的结构基础仍不明确。在此，我们利用单粒子冷冻电镜技术，阐明了天然连接蛋白 -46/50（Cx46/50）间隙连接通道的 Ca²⁺依赖门控机制。Ca²⁺结合促进了一组氨基端（NT）结构域构象，涵盖了从去稳定到完全门控的状态。这些构象变化与协同的亚基重排相偶联，导致孔道不对称塌陷，并使 NT 结构域能够实现空间位阻封堵。与最近解析的低 pH 门控结构相比表明，不同的生理刺激汇聚于一种共同的、以 NT 结构域为中心的门控机制，该机制涉及偶联的 NT 位移和 TM2 铰链运动。长时间尺度分子动力学模拟鉴定了渗透路径上的多个 Ca2?相互作用位点，并提示瞬时的亚基间 Ca²⁺配位可以促进 NT 结构域的去稳定和位移。综上所述，这些发现支持了一种模型，即分布式的 Ca2⁺相互作用重塑了通道的能量图景，从而有利于由 NT 结构域介导的孔道关闭，这统一了先前关于间隙连接调节的模型，并为细胞应激期间 Ca²⁺依赖性的解偶联提供了机制基础。