eLife︱西湖大学裴端卿团队解析人源PIEZO1及其缓慢失活的通道病突变体的分子机制

学术   2024-10-14 00:01   上海  

来源︱姊妹号“岚翰生命科学”

撰文︱裴端卿团队
责编︱王思珍

细胞依靠机械敏感mechanosensitiveMS)通道迅速将机械力转化为离子流,以感知环境变化。在哺乳动物中,只有PIEZO、双孔域K+)通道(K2P)和TMEM63通道被确定为真正的MS通道。遗传性红细胞增多症(Hereditary erythrocytosis , HX),也被称为遗传性脱水性红细胞增多症,是一种常染色体显性疾病,导致溶血性贫血。研究表明,家族性HX突变发生在编码人源PIEZO1hPIEZO1)通道[3,18,19]的基因中。电生理结果显示,一些HX突变表现出比野生型hPIEZO1更慢的失活门控动力学。较慢的失活可能导致hPIEZO1的开放率更高和失活延迟的现象。因此,这些突变被认为是功能增益(gain of function, GOF)。此外,MyoD家族MDFIC/MDFIPIEZO通道的辅助亚基,可以延长失活时间并降低机械敏感性。MDDIC/MDFI的鉴定加深了对PIEZO通道失活门控动力学的理解。尽管PIEZO通道的失活表型受到内在和外在因素的共同影响,但它们失活的分子基础仍不清楚。


近日,西湖大学生命科学学院裴端卿团队在eLife杂志发表研究论文“Structure of human PIEZO1 and its slow inactivating channelopathy mutants”解析了快速失活野生型hPIEZO1及其慢速失活通道病突变体在结合与不结合其辅助亚基MDFIC的几种近原子分辨率冷冻电镜结构,并指出了孔隙脂质可能参与 PIEZO 通道的机械病理快速失活机制。(拓展阅读:裴端卿课题组相关研究进展,详见“岚翰生命科学报道(点击阅读)Nat Commun | 西湖大学裴端卿团队揭示机械敏感离子通道OSCA/TMEM63激活过程


图1、全长hPIEZO1通道的结构


首先作者解析了快速失活hPIEZO1及其缓慢失活通道病突变体的近原子冷冻电镜结构模型,包括轻度GOF突变体hPIEZO1-A1988VhPIEZO1-E756del以及失活时间更长的严重突变体R2456H阐明了孔隙脂质妙地密封了疏水孔道,参与PIEZO通道的快速失活调节机制。

图2、hPIEZO1mPIEZO1的结构比较


然后,作者比对了mPIEZO1hPIEZO1的结构,与弯曲的mPIEZO1PDB: 7WLT)相比,hPIEZO1的整体结构显示出更扁平和扩展的构像。作者指出该hPIEZO1可能仍然呈现非导电状态,曲率和孔径的差异可能与hPIEZO1mPIEZO1的通道门控特性有关。

图3、hPIEZO1-A1988V-MDFIChPIEZO1-E756del-MDFIC复合物的结构


随后,作者在HEK293F中共表达hMDFIChPIEZO1及其突变体,指出MDFIC通过重塑孔道结构域来减缓hPIEZO1失活,并削弱其机械灵敏性。作者基于轻度GOF突变体hPIEZO1-A1988VhPIEZO1-E756del的叶片臂区域,指出力信号可能通过叶片臂传递到孔隙区域,从而去除孔隙脂质屏障。因此,孔隙脂质可能在PIEZO门控中发挥关键作用。

图4、PIEZO1通道的快速灭活模型。


最后,作者提出了一个假定模型,即孔隙脂质的疏水酰基链尾部插入疏水孔隙区域并密封孔隙。失活速度较慢的hPIEZO1-A1988V突变体具有相同的疏水酰基链尾部从疏水孔隙区域缩回,这意味着孔隙脂质涉及hPIEZO1的快速失活。多脂MDFIC的功能是稳定孔隙脂质,通过脂质相互作用调整孔隙模块来应对不同的力。


文章结论与讨论,启发与展望

综上所述,作者解析了hPIEZO1在有和没有MDFIC的复合物中的结构,表明孔隙脂质可能参与 PIEZO 通道的机械病理快速失活机制,这也可能将PIEZO通道失活与细胞命运联系起来。PIEZO通道快速失活机制可能会为临床机械病理学提供重要线索。


原文链接https://doi.org/10.7554/eLife.101923.1

西湖大学生命科学学院讲席教授裴端卿和西湖大学生命科学学院博士生章明锋为本文的通讯作者。西湖大学生命科学学院博士毕业生单圆月、访问学生郭欣仪、科研助理张孟孟和访问学生陈美玉为本文的共同第一作者。



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编辑︱王思珍
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