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Accès ouvert déclaré 2022 preprint

Structural basis for ion selectivity in potassium-selective channelrhodopsins

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Rattachement africain : jp, us, gb. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

SUMMARY The KCR channelrhodopsins are recently-discovered light-gated ion channels with high K + selectivity, a property that has attracted broad attention among biologists– due to intense interest in creating novel inhibitory tools for optogenetics leveraging this K + selectivity, and due to the mystery of how this selectivity is achieved in the first place. Indeed, the molecular and structural mechanism for K + selectivity in KCRs has remained especially puzzling since these 7-transmembrane retinal-binding proteins completely lack structural similarity with known K + channels, which generally coordinate K + in a precisely symmetric conduction pathway formed by a tight interface among multiple small monomeric channel subunits (presumably not an accessible mechanism for the large KCR rhodopsin proteins). Here we present the cryo-electron microscopy structures of two KCRs from Hyphochytrium catenoides with distinct spectral properties for light absorption and channel actuation, Hc KCR1, and Hc KCR2, at resolutions of 2.6 and 2.5 Å, respectively. Structural comparison revealed first an unusually-shaped retinal binding pocket which induces rotation of the retinal in Hc KCR2, explaining the large spectral difference between Hc KCR1 and 2. Next, our combined structural, electrophysiological, computational, and spectroscopic analyses revealed a new solution to the challenging problem of K + -selective transport. KCRs indeed do not exhibit the canonical tetrameric K + selectivity filter that specifically coordinates dehydrated K + ; instead, single KCR monomers form a size exclusion filter using aromatic residues at the extracellular side of the pore which inhibits passage of bulky hydrated ions. This unique feature allows KCRs to function as K + channels under relevant physiological conditions, providing not only a novel mechanism for achieving high K + permeability ratios in biological ion channels, but also a framework for designing the next generation of inhibitory optogenetic tools. In Brief The first structures of K + -selective channelrhodopsins ( Hc KCR1 and 2) are determined, revealing a K + selectivity mechanism distinctly different from canonical K + channels. Highlights The cryo-EM structures of K + -selective channelrhodopsins, Hc KCR1 and 2, in nanodisc Conditions under which naturally-occurring microbial rhodopsins have a 6-s- cis retinal Identification of key residues for high K + permeability ratios The unique K + selectivity mechanism of KCRs

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Structural basis for ion selectivity in potassium-selective channelrhodopsins
Date Crossref
31/10/2022
Éditeur
openRxiv
Type
posted-content

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • The University of Tokyo Komaba Institute for Science pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Stanford University Department of Bioengineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Japan Science and Technology Agency PRESTO pays non établi dans la notice
    Organisme public
  • Nagoya Institute of Technology Department of Life Science and Applied Chemistry pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • MRC Laboratory of Molecular Biology pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Howard Hughes Medical Institute pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • OptoBioTechnology Research Center pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Graduate School of Science Department of Biological Sciences pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Komaba Institute for Science — The University of Tokyo, Department of Bioengineering — Stanford University et PRESTO — Japan Science and Technology Agency, avec 5 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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