The organellar two-pore channel (TPC) functions as a homodimer, in which each subunit contains two homologous Shaker-like six-transmembrane (6-TM)-domain repeats. TPCs belong to the voltage-gated ion channel superfamily and are ubiquitously expressed in animals and plants. Mammalian TPC1 and TPC2 are localized at the endolysosomal membrane, and have critical roles in regulating the physiological functions of these acidic organelles. Here we present electron cryo-microscopy structures of mouse TPC1 (MmTPC1)—a voltage-dependent, phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate (PtdIns(3,5)P2)-activated Na+-selective channel—in both the apo closed state and ligand-bound open state. Combined with functional analysis, these structures provide comprehensive structural insights into the selectivity and gating mechanisms of mammalian TPC channels. The channel has a coin-slot-shaped ion pathway in the filter that defines the selectivity of mammalian TPCs. Only the voltage-sensing domain from the second 6-TM domain confers voltage dependence on MmTPC1. Endolysosome-specific PtdIns(3,5)P2 binds to the first 6-TM domain and activates the channel under conditions of depolarizing membrane potential. Structural comparisons between the apo and PtdIns(3,5)P2-bound structures show the interplay between voltage and ligand in channel activation. These MmTPC1 structures reveal lipid binding and regulation in a 6-TM voltage-gated channel, which is of interest in light of the emerging recognition of the importance of phosphoinositide regulation of ion channels.

中文翻译：

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哺乳动物 TPC1 通道电压和磷脂激活的结构洞察

细胞器双孔通道 (TPC) 用作同源二聚体，其中每个亚基包含两个同源的 Shaker 样六跨膜 (6-TM) 结构域重复。TPCs 属于电压门控离子通道超家族，在动植物中普遍表达。哺乳动物 TPC1 和 TPC2 位于内溶酶体膜上，在调节这些酸性细胞器的生理功能中起关键作用。在这里，我们展示了小鼠 TPC1 (MmTPC1) 的电子冷冻显微镜结构——一种电压依赖性、磷脂酰肌醇 3,5-二磷酸 (PtdIns(3,5)P2) 激活的 Na+ 选择性通道——在 apo 闭合状态和配体中-绑定打开状态。结合功能分析，这些结构为哺乳动物 TPC 通道的选择性和门控机制提供了全面的结构见解。该通道在过滤器中有一个硬币槽形离子通路，定义了哺乳动物 TPC 的选择性。只有来自第二个 6-TM 域的电压感应域赋予 MmTPC1 的电压依赖性。内溶酶体特异性 PtdIns(3,5)P2 与第一个 6-TM 结构域结合并在去极化膜电位条件下激活通道。apo 和 PtdIns(3,5)P2 结合结构之间的结构比较显示了电压和配体在通道激活中的相互作用。这些 MmTPC1 结构揭示了 6-TM 电压门控通道中的脂质结合和调节，鉴于对离子通道磷酸肌醇调节重要性的新兴认识，这是令人感兴趣的。只有来自第二个 6-TM 域的电压感应域赋予 MmTPC1 的电压依赖性。内溶酶体特异性 PtdIns(3,5)P2 与第一个 6-TM 结构域结合并在去极化膜电位条件下激活通道。apo 和 PtdIns(3,5)P2 结合结构之间的结构比较显示了电压和配体在通道激活中的相互作用。这些 MmTPC1 结构揭示了 6-TM 电压门控通道中的脂质结合和调节，鉴于对离子通道磷酸肌醇调节重要性的新兴认识，这是令人感兴趣的。只有来自第二个 6-TM 域的电压感应域赋予 MmTPC1 的电压依赖性。内溶酶体特异性 PtdIns(3,5)P2 与第一个 6-TM 结构域结合并在去极化膜电位条件下激活通道。apo 和 PtdIns(3,5)P2 结合结构之间的结构比较显示了电压和配体在通道激活中的相互作用。这些 MmTPC1 结构揭示了 6-TM 电压门控通道中的脂质结合和调节，鉴于对离子通道磷酸肌醇调节重要性的新兴认识，这是令人感兴趣的。5）P2结合结构显示了通道激活中电压和配体之间的相互作用。这些 MmTPC1 结构揭示了 6-TM 电压门控通道中的脂质结合和调节，鉴于对离子通道磷酸肌醇调节重要性的新兴认识，这是令人感兴趣的。5）P2结合结构显示了通道激活中电压和配体之间的相互作用。这些 MmTPC1 结构揭示了 6-TM 电压门控通道中的脂质结合和调节，鉴于对离子通道磷酸肌醇调节重要性的新兴认识，这是令人感兴趣的。