• TMEM16膜タンパク質ファミリーには、リン脂質スクランブラーゼ、カルシウム依存性塩素イオンチャネル(CaCC)およびカチオンチャネルが共存している。Raimund Dutzler (チューリッヒ大)らは、Nectria haematococca由来のスクランブラーゼのX線解析による3.4 Å分解能構造(2014年Nature出典1)と、マウス由来CaCC(mTMEM16A)のクライオ電顕による6.6Å分解能構造を比較し(2017年5月eLife出典2)、膜貫通部位を形成する10本のαヘリックスの配置のわずかな差によって、リン脂質を輸送するスクランブラーゼと塩素イオンを輸送するCaCCの機能の違いが生じていることを報告した(下図左 参照)。そのモデルは、eLifeのINSIGHTの図(下図右 参照;出典3)に端的に示されていた。
Comparison of a scramblase and a TMEM16 chloride channel
  • Raimund Dutzlerらは今回、クライオ電顕によってmTMEM16Aのアポ構造とカルシウムイオンが結合した構造をより高分解4.06 Åと3.75Åの高分解能で再構成し(下図参照);、膜貫通ヘリックスα6がG644をヒンジとして屈曲した部分においてα7およびα4との位置関係が変化する(ビデオ"Calcium-activated chloride channel TMEM16A" YouTube の終盤1m16sから)イオンチャネル活性化の分子機構をモデルを、Nature 2017年12月21日号(出典4)に報告した。
Activation mechanism
  • Nature 2017年12月21日号にはYifan ChengとLily Yeh JanらUCSFの研究チームも、クライオ電顕単粒子再構成法によるmTMEM16A構造解析の成果も掲載された(出典5)。ナノディスク内で2個のカルシウムイオンが結合した分解能3.8Åの構造(下図左 参照)と、LMNG(ラウリルマルトースネオペンチルグリオール)内で1個のカルシウムイオンが結合した同じく3.8Å分解能の構造(下図右 参照)に基づく変異誘発と電気生理学実験から、塩素イオンが通過するポアを構成する残基とその機能を詳細に解析し、ポア全体に分布し 陰イオン選択性を担う10残基と、クラスターを形成してゲート機構を担う7残基を同定し、ポア形成残基の再配置がチャネル開口に関与することを示唆した。
Cryo-EM structures of the TMEM16A
[出典1]"X-ray structure of a calcium-activated TMEM16 lipid scramblase" Brunner JD, Lim NK, Schenck S, Duerst A, Dutzler R. Nature. 2014 Dec 11;516(7530):207-12. Published online 2014 Nov 12.
PDB-4WIS: Crystal structure of the lipid scramblase nhTMEM16 in crystal form 1 (3.3 Å)
PDB-4WIT: TMEM16 lipid scramblase in crystal form 2 (3.4 Å)
[出典2]"Structural basis for anion conduction in the calcium-activated chloride channel TMEM16A" Paulino C, Neldner Y, Lam AK1, Kalienkova V, Brunner JD, Schenck S, Dutzler R. eLife. 2017 May 31;6
EMD-3658/PDB-5NL2: cryo-EM structure of the mTMEM16A ion channel at 6.6 Å resolution
[出典3]"Ion Channels: Poring over furrows" Fisher SI, Hartzell HC. eLife. 2017 May 31;6.
[出典4]"Activation mechanism of the calcium-activated chloride channel TMEM16A revealed by cryo-EM" Paulino C, Kalienkova V, Lam AKM, Neldner Y, Dutzler R. Nature. 2017 Dec 13.
EMD-3861/PDB-5OYG: Structure of calcium-free mTMEM16A chloride channel (4.06Å) 
EMD-3860/PDB-5OYB: Structure of calcium-bound mTMEM16A chloride channel (3.75Å)
[出典5]"Cryo-EM structures of the TMEM16A calcium-activated chloride channel" Dang S, 〜 Cheng Y, Yeh Jan. Nature. 2017 Dec 13.
EMD-7095/PDB-6BGI: Cryo-EM structure of the TMEM16A calcium-activated chloride channel in nanodisc (3.8Å)
EMD-7096/PDB-6BGJ: Cryo-EM structure of the TMEM16A calcium-activated chloride channel in LMNG (3.8Å)