期刊名：none    日期：2018-01-19

胞吞途径对胞内信号传导及细胞生理反应具有重要作用。内涵体及溶酶体中存在的多种离子通道对胞吞途径具有调控作用，其中主要分布于溶酶体及内涵体中的TRPML1和TRPML3离子通道对细胞膜转运、细胞自噬、胞吐作用及维持离子平衡具有至关重要的作用。研究发现瞬时受体电位通道成员TRPML1是MLIV的遗传致病决定性因素，多达20余种TRPML1基因突变可导致MLIV。另外，小鼠中的两个自发性功能增强型TRPML3突变体(A419P及I362T)能够导致听觉丧失及毛色弱化的生理表型，这些研究表明TRPML1与TRPML3通道在细胞生理过程中发挥重要作用。在正常细胞生理条件下，TRPML3通道能够受到多种因素调控：PI(3,5)P2激活TRPML3通道，TRPML3通道活性能够分别被酸性pH、Na+及PI(4,5)P2抑制。此外多种合成小分子如ML-SA1能特异性激活TRPML通道，而这些激动剂对TRPML通道生理功能研究具有重要性。
为了更深入了解TRPML通道功能及调控的分子机制，通过使用单颗粒冷冻电子显微镜(cryo-EM)，研究人员成功解析了全长人源性TRPML3离子通道在关闭状态、激动剂结合导致的开放状态及低pH抑制状态下的高分辨率(分别为4.06、3.62及4.65 Å)结构。三维结构显示激动剂ML-SA1结合于跨膜结构域S5与S6之间并诱导打开S6的门控组件。结构也显示了多个独特的结构特点：多囊蛋白-粘脂蛋白结构域(polycystin-mucolipin domain, PMD)构成细胞器内腔帽子(luminal cap)结构，S1跨膜a螺旋段延伸至该帽子结构，与一个a螺旋段连为一体，构成“门控杆”(gating rod)，直接与腔孔环(luminal pore loop)连接，而此腔孔环在酸性pH条件下发生剧烈的构象变化;跨膜a螺旋段S2延伸至胞内侧并与多个胞内侧结构区相互作用，构成“门控把手”(gating knob)。结合电生理实验结果，这些独特的结构特征提示了一种新的通道调控机制，即腔内低pH及其它生理调控因子(如PIP2)，通过导致S1及S2的构象变化，对TRPML3通道功能进行调节。这一工作揭示了TRPML3通道全新的结构特点及通道激活与调控中发生的构象变化，为进一步研究TRPML3通道调控机制提供了结构基础，为了解致病突变导致通道功能异常的原因提供了线索。

图A：TRPML3通道四聚体结构，视角平行于细胞膜(左)或从膜上方所视(右)。不同颜色代表不同的单体。图B：从膜上方所视的TRPML3单体结构。不同颜色显示不同的结构域。图C：关闭与开发状态下的TRPML3单体结构比较。绿色显示激动剂ML-SA1，蓝色显示结构相同或相近的区域，红色显示结构有差异的区域。
原文链接：
Cryo-EM structures of the human endolysosomal TRPML3 channel in three distinct states
原文摘要：
TRPML3 channels are mainly localized to endolysosomes and play a critical role in the endocytic pathway. Their dysfunction causes deafness and pigmentation defects in mice. TRPML3 activity is inhibited by low endolysosomal pH. Here we present cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures of human TRPML3 in the closed, agonist-activated, and low-pH-inhibited states, with resolutions of 4.06, 3.62, and 4.65 Å, respectively. The agonist ML-SA1 lodges between S5 and S6 and opens an S6 gate. A polycystin-mucolipin domain (PMD) forms a luminal cap. S1 extends into this cap, forming a 'gating rod' that connects directly to a luminal pore loop, which undergoes dramatic conformational changes in response to low pH. S2 extends intracellularly and interacts with several intracellular regions to form a 'gating knob'. These unique structural features, combined with the results of electrophysiological studies, indicate a new mechanism by which luminal pH and other physiological modulators such as PIP2 regulate TRPML3 by changing S1 and S2 conformations.