Cryo-EM analysis of intercellular junction channels of higher animals

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03165
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Oshima Atsunori 名古屋大学, 細胞生理学研究センター, 教授 (80456847)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ギャップ結合チャネル / 開閉メカニズム / クライオ電子顕微鏡 / 高分解能構造解析 / タンパク質―脂質相互作用 / チャネル機能解析

Outline of Final Research Achievements

The gap junction and related proteins were reconstituted into lipid nanodiscs, and those structures were determined by cryo-electron microscopy. In this project, we worked on two proteins, C. elegans innexin-6 (INX-6) and human pannexin-1 (PANX1), and functional analysis by electrophysiology and MD simulations were performed in collaboration. We proposed a lipid gating model in which the N-terminal region takes a funnel conformation when the channel is open, and lipids enter and block the channel pore of INX-6 and PANX1 when the channel is closed. This study provides an interpretation of the mechanism of large pore channel closure.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ギャップ結合チャネルとは水やイオンのほか、ヌクレオチドやペプチドといった大きい分子を通すことが知られているが、その開閉機構を明確に説明できる構造モデルは存在しておらず、これはLarge pore channelについても同様であった。本研究によってINX-6やPANX1のチャネル通路に脂質が入り込んで閉じる概念は、過去に示唆されることのない新しい開閉機構のモデルである。INX-6とPANX1はその機能が本質的に異なると想定されるが、N末端領域がファネルを形成し、その閉塞に脂質が関与している点が似通っているのは、ギャップ結合ファミリータンパク質に共通したメカニズムであることを示唆するものである。