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- PDB-8h87: Cryo-EM structure of the potassium-selective channelrhodopsin HcK... -

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基本情報

登録情報
データベース: PDB / ID: 8h87
タイトルCryo-EM structure of the potassium-selective channelrhodopsin HcKCR2 in lipid nanodisc
要素HcKCR2
キーワードMEMBRANE PROTEIN (膜タンパク質) / Cryo-EM (低温電子顕微鏡法)
機能・相同性パルミチン酸 / Chem-PSC / レチナール
機能・相同性情報
生物種Hyphochytrium catenoides (真核生物)
手法電子顕微鏡法 / 単粒子再構成法 / クライオ電子顕微鏡法 / 解像度: 2.53 Å
データ登録者Tajima, S. / Kim, Y. / Yamashita, K. / Fukuda, M. / Deisseroth, K. / Kato, H.E.
資金援助 日本, 7件
組織認可番号国
Japan Agency for Medical Research and Development (AMED)JP21wm0525018 日本
Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)22H04742 日本
Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)JP20K21383 日本
Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)JP21H01875 日本
Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)21H05142 日本
Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)22H00400 日本
Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)22K19265 日本
引用ジャーナル: Cell / 年: 2023
タイトル: Structural basis for ion selectivity in potassium-selective channelrhodopsins.
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 / ...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 /
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.
履歴
登録2022年10月21日登録サイト: PDBJ / 処理サイト: PDBJ
改定 1.02023年9月6日Provider: repository / タイプ: Initial release
改定 1.12024年5月1日Group: Database references / カテゴリ: citation / citation_author
Item: _citation.country / _citation.journal_abbrev ..._citation.country / _citation.journal_abbrev / _citation.journal_id_ASTM / _citation.journal_id_CSD / _citation.journal_id_ISSN / _citation.page_first / _citation.page_last / _citation.pdbx_database_id_PubMed / _citation.title / _citation_author.identifier_ORCID

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構造の表示

構造ビューア分子:
MolmilJmol/JSmol

ダウンロードとリンク

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集合体

登録構造単位
A: HcKCR2
ヘテロ分子


分子量 (理論値)分子数
合計 (水以外)41,17017
ポリマ－34,0241
非ポリマー7,14716
水88349
1
A: HcKCR2
ヘテロ分子

A: HcKCR2
ヘテロ分子

A: HcKCR2
ヘテロ分子


分子量 (理論値)分子数
合計 (水以外)123,51151
ポリマ－102,0713
非ポリマー21,44048
水543
タイプ名称対称操作数
identity operation1_555x,y,z1
point symmetry operation2
2


  • 登録構造と同一
  • point asymmetric unit
タイプ名称対称操作数
identity operation1_555x,y,z1
3


  • 登録構造と同一（異なる座標系）
  • point asymmetric unit, std point frame
タイプ名称対称操作数
transform to point frame1
対称性点対称性: (シェーンフリース記号: C3 (3回回転対称))
非結晶学的対称性 (NCS)NCS oper:
IDCodeMatrixベクター
1given(1), (1), (1)
2generate(-0.5, -0.866025), (0.866025, -0.5), (1)166.92311, 44.72691
3generate(-0.5, 0.866025), (-0.866025, -0.5), (1)44.72691, 166.92311

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要素

#1: タンパク質 HcKCR2


分子量: 34023.664 Da / 分子数: 1 / 由来タイプ: 組換発現
由来: (組換発現) Hyphochytrium catenoides (真核生物)
発現宿主: Spodoptera frugiperda (ツマジロクサヨトウ)
#2: 化合物 ChemComp-RET / RETINAL / (7Z,9Z,11Z,13Z)-レチナ-ル / レチナール


分子量: 284.436 Da / 分子数: 1 / 由来タイプ: 合成 / 式: C20H28O / タイプ: SUBJECT OF INVESTIGATION
#3: 化合物
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 / PHOSPHATIDYLCHOLINE / 2-LINOLEOYL-1-PALMITOYL-SN-GYCEROL-3-PHOSPHOCHOLINE / ホスファチジルコリン


分子量: 759.068 Da / 分子数: 6 / 由来タイプ: 合成 / 式: C42H81NO8P / コメント: リン脂質*YM
#4: 化合物
ChemComp-PLM / PALMITIC ACID / パルミチン酸 / パルミチン酸


分子量: 256.424 Da / 分子数: 9 / 由来タイプ: 合成 / 式: C16H32O2
#5: 水 ChemComp-HOH / water / 水


分子量: 18.015 Da / 分子数: 49 / 由来タイプ: 天然 / 式: H2O
研究の焦点であるリガンドがあるかY

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実験情報

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実験

実験手法: 電子顕微鏡法
EM実験試料の集合状態: PARTICLE / ３次元再構成法: 単粒子再構成法

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試料調製

構成要素名称: HcKCR2 / タイプ: COMPLEX / Entity ID: #1 / 由来: RECOMBINANT
由来(天然)生物種: Hyphochytrium catenoides (真核生物)
由来(組換発現)生物種: Spodoptera frugiperda (ツマジロクサヨトウ)
緩衝液pH: 7.5
試料包埋: YES / シャドウイング: NO / 染色: NO / 凍結: YES
試料支持グリッドの材料: GOLD / グリッドのサイズ: 300 divisions/in. / グリッドのタイプ: Quantifoil R1.2/1.3
EM embedding詳細: nanodisc composing of MSP1D1E3 and soybean lipid / Material: Lipid
急速凍結装置: FEI VITROBOT MARK IV / 凍結剤: ETHANE / 湿度: 100 % / 凍結前の試料温度: 277 K

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電子顕微鏡撮影

実験機器
モデル: Titan Krios / 画像提供: FEI Company
顕微鏡モデル: FEI TITAN KRIOS
電子銃電子線源: FIELD EMISSION GUN / 加速電圧: 300 kV / 照射モード: FLOOD BEAM
電子レンズモード: BRIGHT FIELDBright-field microscopy / 最大 デフォーカス（公称値）: 1600 nm / 最小 デフォーカス（公称値）: 800 nm / Cs: 2.7 mm
撮影電子線照射量: 51 e/Å2 / フィルム・検出器のモデル: GATAN K3 (6k x 4k)

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解析

ソフトウェア名称: REFMAC / バージョン: 5.8.0352 / 分類: 精密化
CTF補正タイプ: PHASE FLIPPING AND AMPLITUDE CORRECTION
対称性点対称性: C3 (3回回転対称)
3次元再構成解像度: 2.53 Å / 解像度の算出法: FSC 0.143 CUT-OFF / 粒子像の数: 682797 / 対称性のタイプ: POINT
精密化解像度: 2.53→2.53 Å / Cor.coef. Fo:Fc: 0.854 / SU B: 3.999 / SU ML: 0.084 / ESU R: 0.135
立体化学のターゲット値: MAXIMUM LIKELIHOOD WITH PHASES
詳細: HYDROGENS HAVE BEEN ADDED IN THE RIDING POSITIONS
Rfactor反射数%反射
Rwork0.33604 --
obs0.33604 96784 100 %
溶媒の処理溶媒モデル: PARAMETERS FOR MASK CACLULATION
原子変位パラメータBiso mean: 43.708 Å2
精密化ステップサイクル: 1 / 合計: 2361
拘束条件
Refine-IDタイプDev idealDev ideal target数
ELECTRON MICROSCOPYr_bond_refined_d0.0070.0122377
ELECTRON MICROSCOPYr_bond_other_d0.0010.0162300
ELECTRON MICROSCOPYr_angle_refined_deg1.5381.6483169
ELECTRON MICROSCOPYr_angle_other_deg0.4781.5435323
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_1_deg5.3515258
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_2_deg9.431519
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_3_deg14.99410322
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_4_deg
ELECTRON MICROSCOPYr_chiral_restr0.0770.2311
ELECTRON MICROSCOPYr_gen_planes_refined0.0080.022540
ELECTRON MICROSCOPYr_gen_planes_other0.0010.02548
ELECTRON MICROSCOPYr_nbd_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_nbd_other
ELECTRON MICROSCOPYr_nbtor_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_nbtor_other
ELECTRON MICROSCOPYr_xyhbond_nbd_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_xyhbond_nbd_other
ELECTRON MICROSCOPYr_metal_ion_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_metal_ion_other
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_vdw_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_vdw_other
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_hbond_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_hbond_other
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_metal_ion_refined
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_metal_ion_other
ELECTRON MICROSCOPYr_mcbond_it3.9244.3511035
ELECTRON MICROSCOPYr_mcbond_other3.9164.3481035
ELECTRON MICROSCOPYr_mcangle_it5.6756.5451292
ELECTRON MICROSCOPYr_mcangle_other5.7056.5541293
ELECTRON MICROSCOPYr_scbond_it5.4345.5021342
ELECTRON MICROSCOPYr_scbond_other5.4325.5051343
ELECTRON MICROSCOPYr_scangle_it
ELECTRON MICROSCOPYr_scangle_other8.5987.8021878
ELECTRON MICROSCOPYr_long_range_B_refined14.53789.91910496
ELECTRON MICROSCOPYr_long_range_B_other14.51789.89310469
ELECTRON MICROSCOPYr_rigid_bond_restr
ELECTRON MICROSCOPYr_sphericity_free
ELECTRON MICROSCOPYr_sphericity_bonded
LS精密化 シェル解像度: 2.45→2.514 Å / Total num. of bins used: 20
Rfactor反射数%反射
Rfree0 0 -
Rwork0.336 7217 -
obs--100 %

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万見について

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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 (Yorodumi)

幾万の構造データを、幾万の視点から

  • 万見(Yorodumi)は、EMDB/PDB/SASBDBなどの構造データを閲覧するためのページです。
  • EM Navigatorの詳細ページの後継、Omokage検索のフロントエンドも兼ねています。

関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 3つのデータバンクの比較 / 万見検索 / 2016年8月31日: 新しいEM Navigatorと万見 / 万見文献 / Jmol/JSmol / 機能・相同性情報 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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