Cell Discov | 中国科学技术大学孙林峰等团队合作揭示果蝇TRPA1通道的分子结构和门控机制

瞬时受体电位通道亚家族A成员1 (TRPA1)离子通道是一种进化保守的多模态传感器，可对有害温度或化学刺激作出反应。值得注意的是，TRPA1的热敏性在不同物种之间甚至在同一物种中不同的异构体之间是不同的。然而，其热门控的分子基础在很大程度上仍然未知。

2023年4月4日，中国科学技术大学孙林峰、Liu Xin及清华大学张伟共同通讯在Cell Discovery（IF=38）在线发表题为“Molecular architecture and gating mechanisms of the Drosophila TRPA1 channel”的研究论文，该研究揭示了果蝇TRPA1通道的分子结构和门控机制。该研究用8°C制备的冷冻样品确定了黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)中TRPA1热敏异构体的两种不同构象的结构。在两种状态之间的锚蛋白重复结构域(ARD)和线圈结构域观察到较大的构象变化。

值得注意的是，所有17个锚蛋白重复序列都以新分解的构象映射，形成了一个类似螺旋桨的结构。电生理分析表明，在氨基(N)端结构域中发现了两个亚基间界面，它们在热激活和化学激活过程中都起着至关重要的作用。在35°C制备的低温样品中，只有一种构象被分解，这表明在热响应过程中可能发生状态转变。这些发现为进一步理解ARD如何调控通道功能，以及深入了解TRPA1的门控机制提供了基础。

TRPA1是瞬时受体电位(TRP)超家族的一员，具有由大量锚蛋白重复序列(ARs)组成的象征性胞质结构域。TRPA1已被确定为多种外源性刺激以及内源性分子的主要传感器。TRPA1还参与热感觉。TRPA1在一些昆虫、鸟类和蛇中已被证明是热敏的，在避免痛觉热或探测红外辐射方面起着关键作用。在哺乳动物中，TRPA1最初被认为是一种寒冷传感器。然而，这已经变得更具争议性，因为有证据表明TRPA1也可以介导热感觉。尽管如此，在通道的热敏感性方面，物种间的差异无疑存在。

使用单颗粒冷冻电子显微镜(cro-EM)进行的广泛分析揭示了hTRPA1的结构以及它如何与不同的配体结合，包括拮抗剂、共价或非共价激动剂。hTRPA1在化学活化时的开放状态结构表明，活性半胱氨酸，特别是位于连接区（也称为接头结构域）的hTRPA621的C665和C1，被共价激动剂修饰，导致活化环（A环）的重排以及随后TRP螺旋和栅极形成螺旋的变化。

在所有最新的hTRPA1结构的氨基(N)端，固有的灵活性决定了预测的16个AR中只有最后5个(AR12-AR16)是明确定义的。除了亲电和热感觉外，TRPA1的ARD被认为是细胞内钙和蛋白激酶A或C (PKA/PKC)介导磷酸化的调节位点。不同的调制器如何作用于ARD尚不完全清楚，并且需要该域完整架构的高分辨率结构以提供更多的机制见解。此外，由于只确定了人类TRPA1的结构，因此TRPA1通道在其他物种中的外观仍有待研究。

ARD在dTRPA1-A异构体的state-1结构中采用了独特的结构（图源自Cell Discovery ）

在果蝇中，通过选择性剪接产生的至少四种功能原型TRPA1异构体已被确定，即dTRPA1-A/B/C/D(也报道了dTRPA1-E异构体，可能是一种非功能剪接副产物)。虽然这四种异构体对亲电激动剂表现出相似的反应，但它们表现出不同的热敏性，而dTRPA1-A异构体被证明对绝对温度或加热速率最热敏。这四种异构体氨基酸序列的唯一差异在于N端(62个氨基酸)和变构连接区(~36个氨基酸)。

这两个区域都可能通过定义激活阈值、Q10值表示的温度系数(定义为电流每10°C温度变化的倍数变化)或对加热速率的敏感程度来促进温度响应，因为潜在的机制尚不清楚。在该研究中，该研究确定了dTRPA1-A亚型的结构，为TRPA通道提供了更多的分子见解，并为进一步分析热感觉和门控机制的跨物种变化建立了框架。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41421-023-00527-1

转自：“iNature”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！