Οι δομές της ανθρώπινης πανκανίνης 1 αποκαλύπτουν οδούς ιόντων και μηχανισμό πύλης
Το Pannexin 1 (PANX1) είναι ένα διαπερατό από ΑΤΡ κανάλι με κρίσιμους ρόλους σε μια
ποικιλία φυσιολογικών λειτουργιών όπως η ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης, η αποπτωτική
κάθαρση κυττάρων και η ανάπτυξη ανθρώπινων ωαρίων. Εδώ παρουσιάζουμε διάφορες δομές του
ανθρώπινου PANX σε ένα επταμερικό συγκρότημα σε αναλύσεις έως 2,8 angström,
συμπεριλαμβανομένης μιας κατάστασης apo, μιας διασπάσεως κασπάσης-7 και μιας δεσμευμένης
με καρβενοξολόνη κατάστασης. Αποκαλύπτουμε έναν μηχανισμό πύλης που περιλαμβάνει δύο
μονοπάτια που οδηγούν σε ιόντα. Υπό κανονικές κυτταρικές συνθήκες, η ενδοκυτταρική είσοδος
του μεγάλου κύριου πόρου συνδέεται φυσικά από την Ο-τερματική ουρά. Τα μικρά ανιόντα
διεξάγονται μέσω στενών σηράγγων στον ενδοκυτταρικό τομέα. Αυτές οι σήραγγες συνδέονται
με τον κύριο πόρο και περικλείονται από έναν μακρύ συνδετήρα μεταξύ της Ν-τερματικής
έλικας και της πρώτης διαμεμβρανικής έλικας. Κατά την απόπτωση, η Ο-τερματική ουρά
διασπάται με κασπάση, επιτρέποντας την απελευθέρωση του ΑΤΡ μέσω του κύριου πόρου.
Προσδιορίσαμε μια θέση δέσμευσης καρβενοξολόνης που αγκαλιάστηκε από το W74 στην
εξωκυτταρική είσοδο και έναν ρόλο για την καρβενοξολόνη ως αποκλειστής καναλιών.
Αναγνωρίσαμε μια δομή που μοιάζει με διάκενο χρησιμοποιώντας ένα μεταλλαγμένο με έλλειψη
γλυκοσυλίωσης, Ν255Α. Οι μελέτες μας παρέχουν μια σταθερή βάση για την κατανόηση των
μοριακών μηχανισμών που διέπουν την πύλη του καναλιού και την αναστολή του PANX1 και
των σχετικών καναλιών μεγάλων πόρων. Η χειροπρακτική σηματοδότηση έχει κρίσιμους ρόλους
σε ποικίλες δραστηριότητες του νευρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της
νευροπροστασίας, της συναπτικής μετάδοσης, της κοινωνικής μετάδοσης και φλεγμονή.
Η σηματοδότηση ξεκινά με την απελευθέρωση ΑΤΡ διαμέσου της μεμβράνης με εξωκυττάρωση
ή μέσω διαπερατών από ΑΤΡ κανάλια. Η οικογένεια pannexin είναι μια τέτοια οικογένεια
διαπερατών από ATP κανάλια και έχει τρία μέλη στον άνθρωπο, PANX1.
Το PANX1 εκφράζεται ευρέως σε όλο το σώμα και έχει ζωτικούς ρόλους σε φυσιολογικές
διαδικασίες όπως η ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης, η πρόσληψη γλυκόζης.φλεγμονή και
κυτταρικός θάνατος. Μεταλλάξεις κέρδους της λειτουργίας στο PANX1 εμπλέκονται
σε ελαττώματα ανάπτυξης ωαρίων.
Έτσι, το PANX1 έχει θεωρηθεί πολλά υποσχόμενο θεραπευτικό στόχο για πολλές ασθένειες.
Ενώσεις όπως η καρβενοξολόνη (CBX) και η τροβαφλοξασίνη έχουν αναφερθεί ότι αναστέλλουν
τη δραστικότητα του PANX. Ωστόσο, λίγα είναι γνωστά σχετικά με το πού συνδέονται ή
τους μηχανισμούς αναστολής τους. Τα PANXs είναι μη επιλεκτικά κανάλια μεγάλου πόρου που
μοιράζονται μια διάταξη τεσσάρων διαμεμβρανικών τομέων με συνδέσεις, innex-in, κανάλια
ανιόντων ρυθμιζόμενου όγκου (VRACs) και ασβέστιο -διαμορφωτές στάσης (CALHMs).
Σε αντίθεση με τις κονσεξίνες και τις αννεξίνες, τα PANXs γενικά πιστεύεται ότι δεν
σχηματίζουν διασταυρώσεις κενού ως αποτέλεσμα της Ν-γλυκοσυλίωσης, αν και μια μελέτη
έχει δείξει ότι το PANX1 μπορεί να σχηματίσει διασταύρωση διακένου με συγκεκριμένο τύπο
κυττάρου. Υπό κανονικές κυτταρικές συνθήκες, PANX1 αναστέλλεται αυτόματα από την
C-τερματική ουρά (CTT). Ωστόσο, μπορεί να ενεργοποιηθεί με αποπόλωση μεμβράνης,
εξωκυτταρικό κάλιο, ενδοκυτταρικό ασβέστιο, φωσφορυλίωση τυροσίνης ή μηχανικό τέντωμα
μέσω άγνωστων μηχανισμών. Η διάσπαση του CTT, είτε κατά τη διάρκεια της απόπτωσης
είτε πειραματικά με την κασπάση 3 ή 7, έχει επίσης ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του
καναλιού και την απελευθέρωση του ATP2. Για να αποκτήσουμε εικόνα σχετικά με το
συγκρότημα καναλιών, το μηχανισμό πύλης, το μονοπάτι που οδηγεί σε ιόντα και τη θέση
σύνδεσης του αναστολέα, μελετήσαμε το ανθρώπινο PANX1 (εφεξής, το PANX1 αναφέρεται στην
ανθρώπινη μορφή εκτός εάν ορίζεται διαφορετικά) χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό
μικρο-αντιγράφων κρυο-ηλεκτρονίων μονού σωματιδίου (cryo-EM) και ηλεκτροφυσιολογίας
patch-clamp. Συνολική δομή Προσδιορίσαμε τις δομές του ανθρώπινου PANX1 άγριου τύπου
(PANX1 (WT)) παρουσία EDTA, Ca2 + ή K +. Αυτές οι δομές είναι αδιάκριτες, υποδηλώνοντας
ότι το Ca2 + ή το K + είναι απίθανο να ενεργοποιήσει άμεσα το PANX1. Για να μελετήσουμε
τη θέση και το ρόλο του CTT και της Ν-τερματικής έλικας (NTH), διασπάσαμε το CTT από το
PANX1 (WT) και από ένα μεταλλάκτη περικοπής NTH χρησιμοποιώντας κασπάση 7,
και προσδιορίσαμε τις δομές τους (PANX1 (ΔCTT) και PANX1 (ΔNTH / ∆CTT), αντίστοιχα).
Προσδιορίσαμε επίσης δομές του PANX1 που συνδέονται με το CBX (CBX – PANX1 (ΔCTT) CB και
CBX – PANX1 (ΔNTH / ΔCTT)). Για να μελετήσουμε το ρόλο της Ν-γλυκοζυλίωσης του PANX1,
διερευνήσαμε τη δομή ενός μεταλλαγμένου με έλλειψη γλυκοσυλίωσης (N255A), το οποίο απέδωσε
τόσο τους κόμβους διακένου (PANX1 (N255A) Gap) όσο και τα ημι κανάλια (PANX1 (N255A) Hemi). Ο διαρθρωτικός προσδιορισμός περιγράφεται λεπτομερώς στις μεθόδους και τα αποτελέσματα
συνοψίζονται στους εκτεταμένους πίνακες δεδομένων. Η δομή του PANX1 (ΔCTT) έχει την
υψηλότερη συνολική ποιότητα (διαθέσιμος χάρτης στην Ηλεκτρονική Μικροσκοπική Τράπεζα
Δεδομένων (EMD-21589) και μοντέλο στην Protein Data Bank (6WBG)), και ως εκ τούτου είναι
η δομή αναφοράς για τη συζήτηση σε ολόκληρο το κείμενο, εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά.
Το κανάλι PANX1 σχηματίζει ένα επταμερές που περιέχει (από πάνω προς τα κάτω) έναν
εξωκυτταρικό τομέα (ECD), έναν διαμεμβρανικό τομέα (TMD) και έναν ενδοκυτταρικό τομέα
(ICD), με το μη δομημένο CTT.
Ολόκληρη η δημοσίευση στα αγγλικά εδώ
πηγή: nature