• ショウジョウバエの光受容応答に関与するTRP(Transient receptor potential)チャネルが発見されて以来、哺乳類ホモログが多数同定されてきた。現在、TRPスーパーファミリーは、C, M, P, ML, V, Aの6種類のサブファミリーに分類され、その中で最大のTRPM(TRP melastatin)サブファミリーは、8種類のサブタイプ(TRPM1〜TRPM8)に分類されている。
  • TRPの構造は基本的に6回膜貫通領域と細胞内N末端とC末端を特徴としているが、N末端部位とC末端部位は、TRPそれぞれに特徴的な構造が存在する。TRPMのN末端にはTRPMホモロジー領域(MHR)が4つ(MHR1〜4)存在する。
  • TRPチャネルの活性化機序と機能は、サブタイプ内でも多様である。TRPM4は、細胞内のカルシウムイオン濃度上昇を感知し、電位依存性で活性化(ナトリウムイオンそしてまたはカリウムイオンの流れによる脱分極)するが、他のTRPチャネルと異なり、一価カチオンのみを透過する(Ca2+は透過しない)。TRPM4は心筋細胞を含む多くのヒト器官・組織で発現し、心筋梗塞などの心血管疾患と相関する。
1.カルモジュリン(CaM)とS100カルシウム結合タンパク質A1(S100A1)が結合する新たなエピトープを同定
  • [出典]"Shared CaM and S100A1 binding epitopes in the distal TRPM4 N-terminus" Bousova K, Herman P, Vecer J, Bednarova L, Monincova L, Majer P, Vyklicky L, Vondrasek J, Teisinger J. FEBS J. 2017 Dec 14.
  • Kristyna Bousovaらチェコの研究チームは、Calmodulin Target Databaseから探索したS100A-1結合サイト(TRPMnpエピトープ)を摸した合成ペプチドと変異ペプチドを利用して、in vitroでCaMとS100A1結合特異性を蛍光偏光法で判定し、CaMとS100A1が結合機構は異なるが共に結合するエピトープ(N末端領域: V129-Q147)を同定。
2.脂質ナノディスクにおけるヒトTRPM4イオンチャネルの構造
  • [出典]"Structure of the human TRPM4 ion channel in a lipid nanodisc" Autzen HE, Myasnikov AG, Campbell MG, Asarnow D, Julius D, Cheng Y. Science. 2017 Dec 7.
  • David JuliusとYifan ChengらUCSFの研究チームは、脂質ナノディスクに埋め込まれたヒト全長TRPM4の構造2種類(EDTA結合構造とカルシウム結合構造)をクライオ電顕単粒子再構成法で解き、カルシウムの結合サイトがS1-S4ドメインの細胞内に位置することを見出した。
  • 2種類の構造のポアに相違は見られずまた細胞質側のゲートがいずれも閉じており、TRPM4は、カルシウム結合によるC末端部位のコンフォメーション変化を介して、電位依存性開口に至ることが示唆された。
  • PDB/EMDBエントリー:
  • 6BQR: Human TRPM4 ion channel in lipid nanodiscs in a calcium-free state
  • EMD-7132: Human TRPM4 ion channel in lipid nanodiscs in a calcium-free state (3.2Å)
  • 6BQV: Human TRPM4 ion channel in lipid nanodiscs in a calcium-bound state(下図2参照)
  • EMD-7133: Human TRPM4 ion channel in lipid nanodiscs in a calcium-bound state (3.1Å)
3.ヒト全長TRPM4チャネルのクライオ電顕構造
  • [出典]"Electron cryo-microscopy structure of a human TRPM4 channel" Winkler PA, Huang Y, Sun W, Du J, Lü W. Nature. 2017 Dec 14;552(7684):200-204.
  • Wei Lü(Van Andel Inst.)らは、TRPM4にアゴニストのカルシウムイオンとモジュレーターのデカバナジン酸(decavanadate, DVT)が結合した構造をクライオ電顕単粒子再構成法で解いた:4つのC末端部位が傘状の構造を形成(1個のコイルドコイルドメインが傘の柄、4つのヘリックスが傘の骨に相当)し、N末端部位のMHRsひいては4サブユニットからなる'王冠'を支えている;DVTの結合サイトはC末端領域のターンとMHR3に隣接するMHR1/2との界面の2箇所に位置し、DVTがC末端とN末端の双方に作用してチャネル開閉に関与することを示唆;TRPM4の一価カチオン選択性は選択フィルターに位置するグルタミンGln977に因る
  • PDB/EMDBエントリー
  • 5WP6: Cryo-EM structure of a human TRPM4 channel in complex with calcium and decavanadate(下図3参照) 
  • EMD-8871 EMD-8873 EMD-8875 EMD-8876 EMD-8877 EMD-8878 EMD-8879 EMD-8872
  • EMD-8871: Cryo-EM structure of a human TRPM4 channel in complex with calcium and decavanadate (3.8Å)
TRPM4
4.マウスのカルシウム活性化非選択的カチオンチャネルTRPM4の構造
  • [出典]"Structures of the calcium-activated, non-selective cation channel TRPM4" Guo J, She J, Zeng W, Chen Q, Bai XC, Jiang Y. Nature. 2017 Dec 14;552(7684):205-209.
  • UT Southwesternの研究チームは、マウスTRPM4の2種類の構造、アポ構造とチャネル活性が阻害されたATP結合構造、をクライオ電顕単粒子再構成法で明らかにした:一価カチオン選択性は選択フィルターに位置するグルタミンGln973に因る;カルシウムイオン(およびホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸、PtdIns(4,5)P2)は、S1-S4とTRPドメインが構成する膜貫通ゲーティング装置に結合することが示唆され、S4-S5リンカーそしてまたは TRPヘリックス1に起こるコンフォメーション変化を介してチャネルを活性化;ATPはN末端領域のヌクレオチド結合ドメインに結合し、TRPM4のC末端領域の四量体(論文3の傘)的構成を壊し、アロステリックにチャネルを不活性化;'傘の柄'がピストンのように運動し、'傘の骨'の伸び縮みを介してチャネルゲーティングを調節する機構を示唆。
  • PDB/EMDBエントリー
  • EMD-7081: Cryo-EM structure of TRPM4 in apo state with short coiled coil at 3.1 angstrom resolution (3.14Å)
  • 6BCJ: Cryo-EM structure of TRPM4 in apo state with short coiled coil at 3.1 angstrom resolution
  • EMD-7082: Cryo-EM structure of TRPM4 in apo state with long coiled coil at 3.5 angstrom resolution (3.54Å)
  • 6BCL: Cryo-EM structure of TRPM4 in apo state with long coiled coil at 3.5 angstrom resolution
  • EMD-7083: Cryo-EM structure of TRPM4 in ATP bound state with short coiled coil at 2.9 angstrom resolution (2.88Å)
  • 6BCO: Cryo-EM structure of TRPM4 in ATP bound state with short coiled coil at 2.9 angstrom resolution
  • EMD-7085: Cryo-EM structure of TRPM4 in ATP bound state with long coiled coil at 3.3 angstrom resolution (3.25Å)
  • 6BCQ: Cryo-EM structure of TRPM4 in ATP bound state with long coiled coil at 3.3 angstrom resolution(上図4参照)