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- PDB-7w9w: 2.02 angstrom cryo-EM structure of the pump-like channelrhodopsin... -

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基本情報

登録情報
データベース: PDB / ID: 7w9w
タイトル2.02 angstrom cryo-EM structure of the pump-like channelrhodopsin ChRmine
要素ChRmine
キーワードMEMBRANE PROTEIN / channelrhodopsin / ion channel / photoreceptor / cryo-EM
機能・相同性CHOLESTEROL / PALMITIC ACID / RETINAL
機能・相同性情報
生物種Rhodomonas lens (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: 2.02 Å
データ登録者Kishi, K.E. / Kim, Y. / Fukuda, M. / Yamashita, K. / Deisseroth, K. / Kato, H.E.
資金援助 日本, 8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)21H05142 日本
Japan Science and TechnologyJPMJPR1782 日本
Japan Science and TechnologyJPMJFR204S 日本
Japan Science and TechnologyJPMJCR21P3 日本
Other private 日本
National Institutes of Health/National Institute of Mental Health (NIH/NIMH)R01MH075957 日本
Other private 日本
引用ジャーナル: Cell / 年: 2022
タイトル: Structural basis for channel conduction in the pump-like channelrhodopsin ChRmine.
著者: Koichiro E Kishi / Yoon Seok Kim / Masahiro Fukuda / Masatoshi Inoue / Tsukasa Kusakizako / Peter Y Wang / Charu Ramakrishnan / Eamon F X Byrne / Elina Thadhani / Joseph M Paggi / Toshiki E ...著者: Koichiro E Kishi / Yoon Seok Kim / Masahiro Fukuda / Masatoshi Inoue / Tsukasa Kusakizako / Peter Y Wang / Charu Ramakrishnan / Eamon F X Byrne / Elina Thadhani / Joseph M Paggi / Toshiki E Matsui / Keitaro Yamashita / Takashi Nagata / Masae Konno / Sean Quirin / Maisie Lo / Tyler Benster / Tomoko Uemura / Kehong Liu / Mikihiro Shibata / Norimichi Nomura / So Iwata / Osamu Nureki / Ron O Dror / Keiichi Inoue / Karl Deisseroth / Hideaki E Kato /
要旨: ChRmine, a recently discovered pump-like cation-conducting channelrhodopsin, exhibits puzzling properties (large photocurrents, red-shifted spectrum, and extreme light sensitivity) that have created ...ChRmine, a recently discovered pump-like cation-conducting channelrhodopsin, exhibits puzzling properties (large photocurrents, red-shifted spectrum, and extreme light sensitivity) that have created new opportunities in optogenetics. ChRmine and its homologs function as ion channels but, by primary sequence, more closely resemble ion pump rhodopsins; mechanisms for passive channel conduction in this family have remained mysterious. Here, we present the 2.0 Å resolution cryo-EM structure of ChRmine, revealing architectural features atypical for channelrhodopsins: trimeric assembly, a short transmembrane-helix 3, a twisting extracellular-loop 1, large vestibules within the monomer, and an opening at the trimer interface. We applied this structure to design three proteins (rsChRmine and hsChRmine, conferring further red-shifted and high-speed properties, respectively, and frChRmine, combining faster and more red-shifted performance) suitable for fundamental neuroscience opportunities. These results illuminate the conduction and gating of pump-like channelrhodopsins and point the way toward further structure-guided creation of channelrhodopsins for applications across biology.
履歴
登録2021年12月11日登録サイト: PDBJ / 処理サイト: PDBJ
改定 1.02022年2月2日Provider: repository / タイプ: Initial release
改定 1.12022年2月16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.pdbx_database_id_PubMed
改定 1.22022年3月9日Group: Database references / カテゴリ: citation / Item: _citation.journal_volume / _citation.page_first

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構造の表示

ムービー
  • 生物学的単位 - complete point assembly
  • Jmolによる作画
  • ダウンロード
  • 登録構造単位
  • Jmolによる作画
  • ダウンロード
  • 単純化した表面モデル + あてはめた原子モデル
  • マップデータ: EMDB-32377
  • Jmolによる作画
  • ダウンロード
  • EMマップとの重ね合わせ
  • マップデータ: EMDB-32377
  • UCSF Chimeraによる作画
  • ダウンロード
ムービービューア
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: ChRmine
ヘテロ分子


分子量 (理論値)分子数
合計 (水以外)38,1139
ポリマ－35,7731
非ポリマー2,3408
水86548
1
A: ChRmine
ヘテロ分子

A: ChRmine
ヘテロ分子

A: ChRmine
ヘテロ分子


分子量 (理論値)分子数
合計 (水以外)114,33827
ポリマ－107,3193
非ポリマー7,02024
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, -0.866025404), (0.866025404, -0.5), (1)180.758982, 48.4342232
3generate(-0.5, 0.866025404), (-0.866025404, -0.5), (1)48.4342232, 180.758982

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要素

#1: タンパク質 ChRmine


分子量: 35772.965 Da / 分子数: 1 / 由来タイプ: 組換発現 / 由来: (組換発現) Rhodomonas lens (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


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-CLR / CHOLESTEROL / コレステロ-ル


分子量: 386.654 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 合成 / 式: C27H46O
#4: 化合物
ChemComp-PLM / PALMITIC ACID / パルミチン酸


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


分子量: 18.015 Da / 分子数: 48 / 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: ChRmine / タイプ: COMPLEX / Entity ID: #1 / 由来: RECOMBINANT
由来(天然)生物種: Rhodomonas lens (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: NO / シャドウイング: NO / 染色: NO / 凍結: YES
試料支持グリッドのタイプ: Quantifoil R1.2/1.3
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 FIELD / 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
撮影電子線照射量: 51.533 e/Å2
フィルム・検出器のモデル: GATAN K2 SUMMIT (4k x 4k)

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解析

ソフトウェア名称: REFMAC / バージョン: 5.8.0274 / 分類: 精密化 / Contact author: Garib N. Murshudov / Contact author email: garib[at]mrc-lmb.cam.ac.uk / 日付: 2021年12月3日
解説: (un)restrained refinement or idealisation of macromolecular structures
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: 2.02 Å / 解像度の算出法: FSC 0.143 CUT-OFF / 粒子像の数: 185895 / 対称性のタイプ: POINT
精密化解像度: 2→88.659 Å / Cor.coef. Fo:Fc: 0.853 / WRfactor Rwork: 0.268 / SU B: 2.42 / SU ML: 0.062 / Average fsc overall: 0.8813 / Average fsc work: 0.8813 / ESU R: 0.065 / 詳細: Hydrogens have been added in their riding positions /
Rfactor反射数%反射
Rwork0.2684 174804 -
obs--100 %
溶媒の処理溶媒モデル: BABINET MODEL
原子変位パラメータBiso mean: 58.331 Å2
拘束条件
Refine-IDタイプDev idealDev ideal target数
ELECTRON MICROSCOPYr_bond_refined_d0.0080.0132430
ELECTRON MICROSCOPYr_bond_other_d0.0020.0152320
ELECTRON MICROSCOPYr_angle_refined_deg1.6471.6283292
ELECTRON MICROSCOPYr_angle_other_deg1.281.5735321
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_1_deg5.5635273
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_2_deg30.72220.672119
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_3_deg13.57115339
ELECTRON MICROSCOPYr_dihedral_angle_4_deg7.1821512
ELECTRON MICROSCOPYr_chiral_restr0.0840.2297
ELECTRON MICROSCOPYr_gen_planes_refined0.010.022679
ELECTRON MICROSCOPYr_gen_planes_other0.0040.02629
ELECTRON MICROSCOPYr_nbd_refined0.1710.2920
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_nbd_other0.1160.23798
ELECTRON MICROSCOPYr_nbtor_refined0.1660.22332
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_nbtor_other0.0690.22184
ELECTRON MICROSCOPYr_xyhbond_nbd_refined0.1160.2162
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_nbd_refined0.1940.210
ELECTRON MICROSCOPYr_nbd_other0.1390.2160
ELECTRON MICROSCOPYr_symmetry_xyhbond_nbd_refined0.1050.28
ELECTRON MICROSCOPYr_mcbond_it4.3145.1941086
ELECTRON MICROSCOPYr_mcbond_other4.2885.1891085
ELECTRON MICROSCOPYr_mcangle_it6.1167.8021358
ELECTRON MICROSCOPYr_mcangle_other6.1147.8071359
ELECTRON MICROSCOPYr_scbond_it5.7566.6361344
ELECTRON MICROSCOPYr_scbond_other5.7546.6381345
ELECTRON MICROSCOPYr_scangle_it9.2679.5471933
ELECTRON MICROSCOPYr_scangle_other9.2659.5491934
ELECTRON MICROSCOPYr_lrange_it15.759104.42810643
ELECTRON MICROSCOPYr_lrange_other15.762104.43910607
LS精密化 シェル

Refine-ID: ELECTRON MICROSCOPY / Num. reflection Rfree: _ / Total num. of bins used: 20 / % reflection obs: 100 %

解像度 (Å)Rfactor RworkNum. reflection RworkRfactor allNum. reflection allFsc workWRfactor Rwork
2-2.0520.805130330.805130330.6010.805
2.052-2.1080.538127290.538127290.7160.538
2.108-2.1690.453121110.453121110.7980.453
2.169-2.2360.39119400.39119400.8510.39
2.236-2.3090.339114890.339114890.8780.339
2.309-2.390.319111290.319111290.8920.319
2.39-2.480.261108350.261108350.9240.261
2.48-2.5820.231102620.231102620.9380.231
2.582-2.6960.20499910.20499910.9510.204
2.696-2.8280.18893970.18893970.960.188
2.828-2.9810.18191120.18191120.9640.181
2.981-3.1610.18485080.18485080.9660.184
3.161-3.3790.18180710.18180710.9680.181
3.379-3.6490.18173840.18173840.970.181
3.649-3.9970.19369260.19369260.9690.193
3.997-4.4680.2162140.2162140.960.21
4.468-5.1570.21754750.21754750.9540.217
5.157-6.310.2946270.2946270.910.29
6.31-8.9010.36135980.36135980.8730.361
8.901-88.6590.63119730.63119730.9560.631

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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://pdbjlvh1.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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