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真核生物环核苷酸门控通道的结构

Structure of a eukaryotic cyclic-nucleotide-gated channel.

作者信息

Li Minghui, Zhou Xiaoyuan, Wang Shu, Michailidis Ioannis, Gong Ye, Su Deyuan, Li Huan, Li Xueming, Yang Jian

机构信息

Department of Biological Sciences, Columbia University, New York, New York 10027, USA.

Beijing Advanced Innovation Center for Structural Biology, Tsinghua-Peking Joint Center for Life Sciences, School of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China.

出版信息

Nature. 2017 Feb 2;542(7639):60-65. doi: 10.1038/nature20819. Epub 2017 Jan 18.

Abstract

Cyclic-nucleotide-gated channels are essential for vision and olfaction. They belong to the voltage-gated ion channel superfamily but their activities are controlled by intracellular cyclic nucleotides instead of transmembrane voltage. Here we report a 3.5-Å-resolution single-particle electron cryo-microscopy structure of a cyclic-nucleotide-gated channel from Caenorhabditis elegans in the cyclic guanosine monophosphate (cGMP)-bound open state. The channel has an unusual voltage-sensor-like domain, accounting for its deficient voltage dependence. A carboxy-terminal linker connecting S6 and the cyclic-nucleotide-binding domain interacts directly with both the voltage-sensor-like domain and the pore domain, forming a gating ring that couples conformational changes triggered by cyclic nucleotide binding to the gate. The selectivity filter is lined by the carboxylate side chains of a functionally important glutamate and three rings of backbone carbonyls. This structure provides a new framework for understanding mechanisms of ion permeation, gating and channelopathy of cyclic-nucleotide-gated channels and cyclic nucleotide modulation of related channels.

摘要

环核苷酸门控通道对视觉和嗅觉至关重要。它们属于电压门控离子通道超家族,但其活性由细胞内环核苷酸而非跨膜电压控制。在此,我们报道了秀丽隐杆线虫环核苷酸门控通道在结合环磷酸鸟苷(cGMP)的开放状态下3.5埃分辨率的单颗粒冷冻电镜结构。该通道具有一个不寻常的电压感受器样结构域,这解释了其电压依赖性不足的原因。连接S6和环核苷酸结合结构域的羧基末端连接子直接与电压感受器样结构域和孔道结构域相互作用,形成一个门控环,将环核苷酸结合引发的构象变化与门控耦合。选择性过滤器由一个功能重要的谷氨酸的羧酸盐侧链和三圈主链羰基排列而成。这一结构为理解环核苷酸门控通道的离子通透、门控和通道病机制以及相关通道的环核苷酸调节提供了一个新的框架。

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