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タイトルStructural basis for ion selectivity in potassium-selective channelrhodopsins.
ジャーナル・号・ページCell, Vol. 186, Issue 20, Page 4325-4344.e26, Year 2023
掲載日2023年9月28日
著者Seiya Tajima / Yoon Seok Kim / Masahiro Fukuda / YoungJu Jo / Peter Y Wang / Joseph M Paggi / Masatoshi Inoue / Eamon F X Byrne / Koichiro E Kishi / Seiwa Nakamura / Charu Ramakrishnan / Shunki Takaramoto / Takashi Nagata / Masae Konno / Masahiro Sugiura / Kota Katayama / Toshiki E Matsui / Keitaro Yamashita / Suhyang Kim / Hisako Ikeda / Jaeah Kim / Hideki Kandori / Ron O Dror / Keiichi Inoue / Karl Deisseroth / Hideaki E Kato /
PubMed 要旨KCR channelrhodopsins (K-selective light-gated ion channels) have received attention as potential inhibitory optogenetic tools but more broadly pose a fundamental mystery regarding how their K ...KCR channelrhodopsins (K-selective light-gated ion channels) have received attention as potential inhibitory optogenetic tools but more broadly pose a fundamental mystery regarding how their K selectivity is achieved. Here, we present 2.5-2.7 Å cryo-electron microscopy structures of HcKCR1 and HcKCR2 and of a structure-guided mutant with enhanced K selectivity. Structural, electrophysiological, computational, spectroscopic, and biochemical analyses reveal a distinctive mechanism for K selectivity; rather than forming the symmetrical filter of canonical K channels achieving both selectivity and dehydration, instead, three extracellular-vestibule residues within each monomer form a flexible asymmetric selectivity gate, while a distinct dehydration pathway extends intracellularly. Structural comparisons reveal a retinal-binding pocket that induces retinal rotation (accounting for HcKCR1/HcKCR2 spectral differences), and design of corresponding KCR variants with increased K selectivity (KALI-1/KALI-2) provides key advantages for optogenetic inhibition in vitro and in vivo. Thus, discovery of a mechanism for ion-channel K selectivity also provides a framework for next-generation optogenetics.
リンクCell / PubMed:37652010 / PubMed Central
手法EM (単粒子)
解像度2.53 - 2.66 Å
構造データ

34530

8h86

EMDB-34530: Membrane protein A
PDB-8h86: Cryo-EM structure of the potassium-selective channelrhodopsin HcKCR1 in lipid nanodisc
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.56 Å

34531

8h87

EMDB-34531: Membrane protein B
PDB-8h87: Cryo-EM structure of the potassium-selective channelrhodopsin HcKCR2 in lipid nanodisc
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.53 Å

35713

8iu0

EMDB-35713, PDB-8iu0:
Cryo-EM structure of the potassium-selective channelrhodopsin HcKCR1 H225F mutant in lipid nanodisc
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.66 Å

化合物

ChemComp-RET:
RETINAL / (7Z,9Z,11Z,13Z)-レチナ-ル / レチナール

ChemComp-PSC:
(7R,17E,20E)-4-HYDROXY-N,N,N-TRIMETHYL-9-OXO-7-[(PALMITOYLOXY)METHYL]-3,5,8-TRIOXA-4-PHOSPHAHEXACOSA-17,20-DIEN-1-AMINIUM 4-OXIDE / リン脂質*YM / ホスファチジルコリン

ChemComp-PLM:
PALMITIC ACID / パルミチン酸 / パルミチン酸

ChemComp-HOH:
WATER / 水

由来
  • hyphochytrium catenoides (真核生物)
キーワードMEMBRANE PROTEIN (膜タンパク質) / Cryo-EM (低温電子顕微鏡法)

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月：コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか？ / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例：em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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万見文献

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  • EMDB/PDB/SASBDBのエントリから引用されている文献のデータベースです
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関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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