支持された脂質膜におけるホモマーGLUA2（FLOP）受容体の再構成：機能的および構造的特性

AMPA受容体（AMPAR）は、脊椎動物の中枢神経系に遍在するグルタミン酸塩溶解イオンチャネルであり、そこでは速い興奮性神経伝達を媒介し、記憶形成と学習の分子決定因子として作用します。個々のAMPARドメインの詳細な分析とともに、電子顕微鏡およびX線結晶学によるフルレングスAMPARの構造研究は、チャネルアセンブリと機能に関する重要な洞察を提供しています。ただし、チャネルの構造状態と機能状態の間の相関は、特にこれらの機能状態は無傷の脂質二重層内で結合した受容体のみを評価できるため、あいまいなままです。膜環境でAMPAR構造を調査するための基礎を提供するために、電子顕微鏡によって以前に特徴付けられた受容体を使用して、最適化された再構成プロトコルを開発しました。再構成されたホモマーGLUA2（FLOP）受容体の単一チャネル記録は、天然の細胞膜で発現したチャネルの重要な電気生理学的パラメーターを再現します。再構成されたサンプルの原子間力顕微鏡研究は、シナプス後膜の密度に匹敵する密度で膜包埋された全長AMPARの高解像度画像を提供します。データは、受容体の立体構造の柔軟性と寸法に対するタンパク質密度の効果を示し、機能的膜包埋AMPARの最初の構造特性を提供するため、脳内の興奮性シナプス信号の主要なメディエーターの相関的な構造機能分析の基礎を築きます。。

AMPA receptors (AMPARs) are glutamate-gated ion channels ubiquitous in the vertebrate central nervous system, where they mediate fast excitatory neurotransmission and act as molecular determinants of memory formation and learning. Together with detailed analyses of individual AMPAR domains, structural studies of full-length AMPARs by electron microscopy and x-ray crystallography have provided important insights into channel assembly and function. However, the correlation between the structure and functional states of the channel remains ambiguous particularly because these functional states can be assessed only with the receptor bound within an intact lipid bilayer. To provide a basis for investigating AMPAR structure in a membrane environment, we developed an optimized reconstitution protocol using a receptor whose structure has previously been characterized by electron microscopy. Single-channel recordings of reconstituted homomeric GluA2(flop) receptors recapitulate key electrophysiological parameters of the channels expressed in native cellular membranes. Atomic force microscopy studies of the reconstituted samples provide high-resolution images of membrane-embedded full-length AMPARs at densities comparable to those in postsynaptic membranes. The data demonstrate the effect of protein density on conformational flexibility and dimensions of the receptors and provide the first structural characterization of functional membrane-embedded AMPARs, thus laying the foundation for correlated structure-function analyses of the predominant mediators of excitatory synaptic signals in the brain.