Nature | 高速原子力显微镜助力非典型TRPV五聚体的发现

以下文章来源于北京生物结构前沿研究中心 ，作者朱盎岐

TRP通道（Transient receptor potential channel，瞬时受体电位通道）是一大类离子通道的超级家族，在真核生物中广泛表达。TRP通道对许多类型的刺激作出响应，并参与多种生物过程，包括感觉功能，如温度感知、疼痛感知和味觉感知，以及液体分泌、离子平衡等功能【1】。目前已经通过冷冻电镜解析了来自20多种不同TRP通道的210多个结构，所有这些结构都显示出TRP是四聚体。尽管有大量的TRPV通道结构，但仍有许多关于其门控循环的细节尚不清楚且存在争议，例如孔膨胀现象。这一现象在功能上已经报道了TRPV1、TRPV3、TRPA1和TRPV2突变体，其中长时间受热和/或激动剂激活会导致电导率显著增加，失去离子选择性，对大离子（如N-甲基-D-葡糖胺（NMDG+）、三羟甲基氨基甲烷（Tris+）和2-(甲基氨基)-乙醇（2-MAE+）具有渗透性，表明通道孔发生膨胀【2】。但是孔膨胀现象的原理仍然没有结构可以解释。

2023年8月30日，来自美国康奈尔医学院的Simon Scheuring在Nature上发表了题为“A pentameric TRPV3 channel with a dilated pore”的文章，通过使用高速原子力显微镜（HS-AFM），在单分子尺度上研究TRPV3通道，发现其可以在四聚体五聚体之间进行转换，并通过冷冻电镜解析了五聚体TRPV3的结构，发现了孔膨胀的结构原理。

作者选择TRPV3通道作为研究对象，将蛋白重新组装到脂质体上（图1a，用复染电镜观察蛋白脂质体），并使用高速原子力显微镜（HS-AFM）观察其分布状态，发现绝大部分呈现为四聚体形式（图1b），与以往解析的结构相吻合。

图1 将TRPV3组装到脂质体上并用高速原子力显微镜观察

同时，作者还额外发现有一部分TRPV3呈现为五聚体（图2a和图2b），这些五聚体每72度一个亚基，而经典四聚体的角度为每90度一个亚基（图2c）。同时五聚体形成的中央孔的直径增大（图2d）。

图2 五聚体TRPV3的组装形式

对单个TRPV3通道进行时间尺度上的观察，发现四聚体可以转变为五聚体（图3a），五聚体也可以转变为四聚体（图3b），并进行了数量上的总结（图3c）。通过添加可以使得孔膨胀的药物DPBA，发现五聚体TRPV3的比例显著增加（图3d）。

图3 TRPV3四聚体与五聚体之间的转变

为了获得五聚体TRPV3高分辨率的结构，作者在纯化蛋白融膜过程前添加DPBA，使五聚体的比例增加，再纯化蛋白，制备冷冻电镜样品。通过数据解析发现除了经典的四聚体结构（图4a）外，还可以在照片（图4b）中发现五聚体的颗粒（图4c），这些颗粒的二维平均也证实了五聚体的组装方式（图4d），并最终解析到了4.4 Å的五聚体TRPV3结构。不同于以往四聚体关闭（图4f）和开放（图4g）的结构，五聚体的TRPV3的孔直径显著增大（图4h），为TRPV孔膨胀的现象提供了结构基础。

图4 TRPV3四聚体与五聚体的冷冻电镜结构比较

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06470-1

参考文献

参考文献

【1】Khalil, M. et al. Functional role of transient receptor potential channels in immune cells and epithelia. Front. Immunol. 9, 174 (2018).

【2】Ferreira, L. G. B. & Faria, R. X. TRPing on the pore phenomenon: what do we know about transient receptor potential ion channel-related pore dilation up to now? J. Bioenerg. Biomembr. 48, 1–12 (2016).

转自：“水木未来资讯”微信公众号

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