大きな機械感受性チャネルMSCLのゲーティングメカニズム

大型コンダクタンスの機械感受性チャネルであるMSCLは、細菌のターゴール調節に関与する遍在する膜包埋バルブです。結核菌のMSCLの結晶構造は、張力依存性チャネルゲーティングの分子メカニズムを分析するための出発点を提供します。ここでは、細胞質ゲートが5つのアミノ末端ヘリックス（S1）の束によって形成される構造モデルを開発しました。膜張力が適用されると、膜貫通バレルが膨張し、S1-M1リンカーを介してゲートを引き離します。これらのモデルをテストし、閉じた立体構造または開いた立体構造のいずれかでのみ、互いに近くにあると予測される残基をシステインに置き換えました。我々の結果は、S1セグメントがチャネルが閉じているときにバンドルを形成し、S1セグメント間の架橋により開口部を防ぐことを示しています。S1セグメントは、チャネルが開いているときにM2と相互作用し、S1からM2の架橋によりチャネルの閉鎖を妨げます。ゲーティングは、モデルと一致する方法でS1-M1リンカーの長さの影響を受け、脂質二重層からチャネルゲートに力を伝達するドメイン間の重要な空間的関係を明らかにします。

The mechanosensitive channel of large conductance, MscL, is a ubiquitous membrane-embedded valve involved in turgor regulation in bacteria. The crystal structure of MscL from Mycobacterium tuberculosis provides a starting point for analysing molecular mechanisms of tension-dependent channel gating. Here we develop structural models in which a cytoplasmic gate is formed by a bundle of five amino-terminal helices (S1), previously unresolved in the crystal structure. When membrane tension is applied, the transmembrane barrel expands and pulls the gate apart through the S1-M1 linker. We tested these models by substituting cysteines for residues predicted to be near each other only in either the closed or open conformation. Our results demonstrate that S1 segments form the bundle when the channel is closed, and crosslinking between S1 segments prevents opening. S1 segments interact with M2 when the channel is open, and crosslinking of S1 to M2 impedes channel closing. Gating is affected by the length of the S1-M1 linker in a manner consistent with the model, revealing critical spatial relationships between the domains that transmit force from the lipid bilayer to the channel gate.