PLOS Biology刊发服部素之团队通过冷冻电镜阐述了镁离子通道MgtE的开放机制

MgtE是在原核生物和真核生物中广泛分布的镁离子通道，在细胞膜上介导镁离子内流，对镁离子具有高度选择性。MgtE与细菌在抗生素暴露后的生存能力相关。MgtE的人源同源蛋白SLC41的基因突变与高血压、帕金森综合症、糖尿病、肾结石等疾病相关。在高浓度镁离子条件下通道闭合，在无镁离子条件下通道开放，开放时细胞质结构域构象不均一。MgtE通道的闭合状态结构已由晶体学解析，开放状态结构仍未知。尽管MgtE有着重要的生物学功能，该通道蛋白在开放过程中的结构变化尚不清楚。

2021年4月27日，复旦大学生命科学学院服部素之团队在pLOS Biology杂志在线发表题为 “The structure of MgtE in the absence of magnesium provides new insights into channel gating” 的文章，利用冷冻电镜单颗粒分析技术解析了无镁离子条件下MgtE-Fab抗体复合物的结构，展现了MgtE在无镁离子条件下预开放的状态，为MgtE通道开放机制提供了新见解。

MgtE-Fab抗体复合物结构

该冷冻电镜结构中，MgtE呈对称二聚体，Fab抗体分子结合在TM结构域的胞质侧，且无法观测到MgtE细胞质结构域的电子密度。离子传导孔位于二聚体中心，在无镁离子条件下，在胞质端的保守的天冬酰胺侧链相互远离，孔道变宽。我们通过化学交联实验、分子模拟实验、大肠杆菌遗传学实验等功能性实验验证了MgtE通道在胞质端的开放。然而，在离子传导孔周质端的保守的丙氨酸残基周围，孔道依旧闭合，说明通道没有完全开放。根据膜片钳记录结果，MgtE在无镁离子条件下处于开放和闭合之间的平衡状态，而不是处于连续开放状态。因此，我们的冷冻电镜结构可能代表了MgtE在无镁离子条件下的预开放状态。在这种预开放状态下，MgtE的细胞质结构域完全无序，plug螺旋没有与TM结构域互作，从而无法将通道锁定在闭合状态，因此通道在胞质端打开。