生化学：規定された選択性フィルターの幾何学的性質からのCa2+チャネルのボトムアップ設計
Nature 648, 8093 doi: 10.1038/s41586-025-09646-z
天然のイオンチャネルは生体系で重要な役割を果たしており、手を加えられたバージョンはケモジェネティックツールとして、またセンシングデバイスで広く使用されている。孔を含む膜貫通タンパク質を生成するには、タンパク質の設計方法が利用されているが、天然のイオンチャネルの重要な特徴である選択性フィルターの設計は、標的イオンに特異的なアミノ酸側鎖の精密な配置によっており、原子レベルの精度で金属配位残基を配置する方法の欠如により制約されている。今回我々は、規定された選択性フィルターの残基の幾何学的配置からCa2+チャネルを構築する、ボトムアップ型のRFdiffusionをベースとする手法について述べ、この方法を使って、複数回膜貫通ヘリックス群によって支えられた大きな孔の入口に、それぞれ異なる配位数と異なる幾何学的性質のCa2+選択性フィルターを持つ対称的なオリゴマーチャネルを設計した。設計されたチャネルタンパク質を集合させると均質な孔を含む粒子となり、四量体と六量体の両方のイオン配位構造について、パッチクランプ実験によって、設計されたチャネルが、Na+や他の二価イオン（Sr2+やMg2+）よりもCa2+に対して高いコンダクタンスを持ち、この選択性は、選択性フィルター残基を変異させると失われることが示された。クライオ電子顕微鏡法により、六量体Ca2+チャネルの構造は設計されたモデルの構造とほぼ同一であり、この設計手法が高い精度を持つことが示唆された。我々のボトムアップ設計手法によって、直接的な構築によりイオン選択性とフィルターの幾何学的性質を関係付ける仮説の検証が現在可能となり、広範にわたる応用のために選択的なイオンチャネルを作製するためのロードマップが提供される。
