Structure and mechanogating mechanism of the Piezo1 channel

机械转化 跨膜结构域 机械敏感通道 跨膜蛋白 生物物理学 压电1 门控 螺旋(腹足类) 化学 离子通道 细胞生物学 生物 生物化学 生态学 受体 蜗牛
作者
Qiancheng Zhao,Heng Zhou,Shaopeng Chi,Yanfeng Wang,Jianhua Wang,Jie Geng,Kun Wu,Wenhao Liu,Tingxin Zhang,Meng‐Qiu Dong,Jiawei Wang,Xueming Li,Bailong Xiao
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:554 (7693): 487-492 被引量:573
标识
DOI:10.1038/nature25743
摘要

The mechanosensitive Piezo channels function as key eukaryotic mechanotransducers. However, their structures and mechanogating mechanisms remain unknown. Here we determine the three-bladed, propeller-like electron cryo-microscopy structure of mouse Piezo1 and functionally reveal its mechanotransduction components. Despite the lack of sequence repetition, we identify nine repetitive units consisting of four transmembrane helices each-which we term transmembrane helical units (THUs)-which assemble into a highly curved blade-like structure. The last transmembrane helix encloses a hydrophobic pore, followed by three intracellular fenestration sites and side portals that contain pore-property-determining residues. The central region forms a 90 A-long intracellular beam-like structure, which undergoes a lever-like motion to connect THUs to the pore via the interfaces of the C-terminal domain, the anchor-resembling domain and the outer helix. Deleting extracellular loops in the distal THUs or mutating single residues in the beam impairs the mechanical activation of Piezo1. Overall, Piezo1 possesses a unique 38-transmembrane-helix topology and designated mechanotransduction components, which enable a lever-like mechanogating mechanism.
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