膜の生物物理学：過分極活性化K⁺チャネルKAT1での電気機械的共役

電位依存性カリウム（K_V）チャネルは、膜の脱分極や過分極に応じて起こるゲート開閉により電気的シグナル伝達を調整し、細胞体積を制御している。しかし、電位センサードメインは、ゲート開閉電荷の外向きもしくは内向きの移動が関わる共通の機構によって、膜を横切る電場変化を変換するが、チャネルのゲート開閉極性の一般的な決定要因についてはまだよく解明されていない。今回我々は、シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）由来の過分極活性化K_VチャネルであるKAT1のクライオ電子顕微鏡構造に基づいて、ドメイン交換しないK_Vチャネルでの電気機械的共役とゲート開閉極性の分子機構を提案する。KAT1では、脱分極した電位センサーが見られ、これが閉じたポア（小孔）ドメインと2つの界面を介して直接的に、また挿入されたリン脂質を介して間接的に相互作用している。KAT1の構造情報に基づいてセンサーとポアの界面に変異を導入した変異体の機能評価から、近接したポアサブユニット中のセンサーとCリンカーヘアピンとの間の直接的な相互作用が、ゲート開閉極性の主要な決定要因である機構が示唆された。我々は、S4センサーヘリックスの内側への5〜7 Å程度の移動が直接的共役機構の基盤となって、Cリンカーのコンホメーションの配向を変え、その結果としてS6細胞内バンドルにより形成されている活性化ゲートが開かれると考える。この直接的共役機構は、過分極活性化環状ヌクレオチド依存性チャネルで提案されたアロステリック機構とは対照的で、脱分極活性化チャネルと過分極活性化チャネル間の予想外のつながりを示しているのかもしれない。

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