ヒトパネキシン1の構造から、イオン経路とゲーティングのメカニズムが明らかになった

Structures of human pannexin 1 reveal ion pathways and mechanism of gating.

• Zheng Ruan
• Ian J Orozco
• Juan Du
• Wei Lü

抄録

パネキシン1(PANX1)はATP透過性チャネルであり、血圧調節、アポトーシス細胞クリアランス、ヒト卵子の発生など様々な生理機能に重要な役割を果たしている。本研究では、ヒトPANX1のヘプタメリック集合体におけるアポ状態、カスパーゼ7が切断された状態、カルベノキソロンが結合した状態を含む、2.8angströmまでの分解能でのいくつかの構造を提示した。その結果、2つのイオン伝導経路が関与するゲーティング機構を明らかにした。通常の細胞条件下では、広い主孔の細胞内入口は、C末端の尾部によって物理的に塞がれている。小陰イオンは、細胞内ドメインの狭いトンネルを通って伝導される。これらのトンネルは主孔に接続し、N末端らせんと第一の膜貫通らせんとの間の長いリンカーによってゲートされています。アポトーシス時には、C末端の尾部はカスパーゼによって切断され、メインポアを通してATPの放出を可能にする。その結果、細胞外入口にW74が内包するカルベノキソロン結合部位を同定し、カルベノキソロンがチャネルブロッカーとしての役割を果たしていることを明らかにした。また、糖鎖欠損変異体N255Aを用いて、ギャップジャンクションのような構造を同定した。これらの研究は、PANX1と関連する大孔チャネルのゲーティングと阻害の分子機構を理解するための強固な基盤を提供するものである。

Pannexin 1 (PANX1) is an ATP-permeable channel with critical roles in a variety of physiological functions such as blood pressure regulation, apoptotic cell clearance and human oocyte development. Here we present several structures of human PANX1 in a heptameric assembly at resolutions of up to 2.8 angström, including an apo state, a caspase-7-cleaved state and a carbenoxolone-bound state. We reveal a gating mechanism that involves two ion-conducting pathways. Under normal cellular conditions, the intracellular entry of the wide main pore is physically plugged by the C-terminal tail. Small anions are conducted through narrow tunnels in the intracellular domain. These tunnels connect to the main pore and are gated by a long linker between the N-terminal helix and the first transmembrane helix. During apoptosis, the C-terminal tail is cleaved by caspase, allowing the release of ATP through the main pore. We identified a carbenoxolone-binding site embraced by W74 in the extracellular entrance and a role for carbenoxolone as a channel blocker. We identified a gap-junction-like structure using a glycosylation-deficient mutant, N255A. Our studies provide a solid foundation for understanding the molecular mechanisms underlying the channel gating and inhibition of PANX1 and related large-pore channels.