Cell Res | 重大进展！西湖大学周强团队揭示全长人KCC2和KCC3结构

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电中性K + -Cl-共转运蛋白（KCC）在跨上皮运输，细胞体积调节和神经元兴奋性中起着基本作用。神经元特异性KCC2（SLC12A5）和神经胶质表达的KCC3（SLC12A6）对于正常发育和神经系统的功能至关重要。 KCC2的突变与人类特发性全身性癫痫和精神分裂症有关。KCC3依赖的Cl-跨脉络丛上皮细胞的转运参与了脑脊液的产生。

2020年11月16日，西湖大学周强团队在Cell Research 在线发表题为“Cryo-EM structures of the full-length human KCC2 and KCC3 cation-chloride cotransporters”的研究论文，该研究该研究介绍了全长人的KCC2和KCC3单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM ）的结构，整体分辨率分别为3.2Å和3.3Å。

与NKCC1相比，它们显示出不同的构型。 KCC2 / 3的N末端环与转运蛋白的细胞内结合，使转运蛋白处于抑制状态。 KCC3与DIOA的复杂结构表明，DIOA通过与转运蛋白的中央裂口结合并与IL（10-11）环相互作用，将KCC3锁定为向内构型。在一起，KCC2和KCC3的结构为研究KCC结构与功能的关系以及新型治疗性调节剂的设计奠定了基础。

电中性K + -Cl-共转运蛋白（KCC）在跨上皮运输，细胞体积调节和神经元兴奋性中起着基本作用。神经元特异性KCC2（SLC12A5）和神经胶质表达的KCC3（SLC12A6）对于正常发育和神经系统的功能至关重要。 KCC2的突变与人类特发性全身性癫痫和精神分裂症有关。KCC3依赖的Cl-跨脉络丛上皮细胞的转运参与了脑脊液的产生。

在这里，该研究介绍了全长人的KCC2和KCC3单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM ）的结构，整体分辨率分别为3.2Å和3.3Å。 KCC2和KCC3的结构非常相似。为简单起见，该研究主要针对KCC3进行结构分析。 KCC3以域交换构象的二聚体形式存在。与Danio rerio Na + -K + Cl-协同转运蛋白1（DrNKCC1）相比，在C末端结构域（CTD）中观察到明显差异。在KCC3的TM1和TM6的未缠绕区域中发现了三个类似离子的密度，根据配位环境和结构相似性为它们分配了两个Cl-离子和一个K +离子。酪氨酸（KCC2中的Y407）被苯丙氨酸（KCC3中的F441）氨基酸取代会引起离子结合位点的细微变化，这可能为KCC2和KCC3之间的离子配位差异提供了可能的解释。

DIOA是一种茚满基乙酸衍生物，在数项研究中均观察到了其抑制作用，估计IC50为13.4μM。为了研究DIOA对KCC的抑制机制，以下条件下解决了KCC3与DIOA的复合物的结构，分辨率为2.7Å，其中在中央裂隙中观察到两个非蛋白质密度，并且由于密度形状非常合适，每个都以DIOA分子的形式构建。在与DIOA绑定的向内打开状态下捕获KCC3。 

为了进一步探索DIOA的抑制机理，设计了R617G和K664I突变体并测试了它们的转运活性。 R617G突变增加了转运活性，提示了IL10-11的抑制作用。 K664I突变不会引起明显变化。设计用于消除DIOA结合的两个突变体仍被DIOA抑制，表明茚满基在DIOA中具有抑制作用。

总之，该研究解决了KCC2和KCC3的冷冻电子显微镜结构，与NKCC1相比，它们显示出不同的构型。 KCC2 / 3的N末端环与转运蛋白的细胞内结合，使转运蛋白处于抑制状态。 KCC3与DIOA的复杂结构表明，DIOA通过与转运蛋白的中央裂口结合并与IL（10-11）环相互作用，将KCC3锁定为向内构型。在一起，KCC2和KCC3的结构为研究KCC结构与功能的关系以及新型治疗性调节剂的设计奠定了基础。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-00437-x

编者按：本文转载自微信公众号：iNature（ID：Plant_ihuman），作者： 枫叶