The Microarray Quality Control consortium pitted 36 teams against each other to evaluate methods for creating genomic classifiers, computational tools for interpreting gene expression profiles. The performance of the classifiers on blinded validation data—and metadata on the analytic methods—reveal the challenges facing the field. Gene expression data from microarrays are being applied to predict preclinical and clinical endpoints, but the reliability of these predictions has not been established. In the MAQC-II project, 36 independent teams analyzed six microarray data sets to generate predictive models for classifying a sample with respect to one of 13 endpoints indicative of lung or liver toxicity in rodents, or of breast cancer, multiple myeloma or neuroblastoma in humans. In total, >30,000 models were built using many combinations of analytical methods. The teams generated predictive models without knowing the biological meaning of some of the endpoints and, to mimic clinical reality, tested the models on data that had not been used for training. We found that model performance depended largely on the endpoint and team proficiency and that different approaches generated models of similar performance. The conclusions and recommendations from MAQC-II should be useful for regulatory agencies, study committees and independent investigators that evaluate methods for global gene expression analysis.

The ryanodine receptors (RyRs) are high-conductance intracellular Ca2+ channels that play a pivotal role in the excitation–contraction coupling of skeletal and cardiac muscles. RyRs are the largest known ion channels, with a homotetrameric organization and approximately 5,000 residues in each protomer. Here we report the structure of the rabbit RyR1 in complex with its modulator FKBP12 at an overall resolution of 3.8 Å, determined by single-particle electron cryomicroscopy. Three previously uncharacterized domains, named central, handle and helical domains, display the armadillo repeat fold. These domains, together with the amino-terminal domain, constitute a network of superhelical scaffold for binding and propagation of conformational changes. The channel domain exhibits the voltage-gated ion channel superfamily fold with distinct features. A negative-charge-enriched hairpin loop connecting S5 and the pore helix is positioned above the entrance to the selectivity-filter vestibule. The four elongated S6 segments form a right-handed helical bundle that closes the pore at the cytoplasmic border of the membrane. Allosteric regulation of the pore by the cytoplasmic domains is mediated through extensive interactions between the central domains and the channel domain. These structural features explain high ion conductance by RyRs and the long-range allosteric regulation of channel activities. Using electron cryomicroscopy, the structure of the closed-state rabbit ryanodine receptor RyR1 in complex with its modulator FKBP12 is solved at 3.8 Å; in addition to determining structural details of the ion-conducting channel domain, three previously uncharacterized domains help to reveal a molecular scaffold that allows long-range allosteric regulation of channel activities. Muscle contraction is regulated by the concentration of calcium ions in the cytoplasm of muscle cells. Ryanodine receptors (RyR) release Ca2+ from the sarcoplasmic reticulum to induce muscle contraction. Dysfunction of these channels contributes to the pathophysiology of important human diseases including muscular dystrophy. Three papers in this issue of Nature report high-resolution electron cryomicroscopy structures of the 2.2 MDa ryanodine receptor RyR1. Efremov et al. report the structure of rabbit RyR1 at 8.5 Å resolution the presence of Ca2+ in a 'partly open' state, and at 6.1 Å resolution in the absence of Ca2+ in a closed state. Zalk et al. report the rabbit RyR1 structure at 4.8 Å in the absence of Ca2+ in a closed state. And third, Yan et al. report the structure of rabbit RyR1 bound to its modulator FKBP12 at a near-atomic resolution of 3.8 Å. These papers reveal how calcium binding to the EF-hand domain of RyR1 regulates channel opening and facilitates calcium-induced calcium release. The authors also note that disease-causing mutations are clustered in regions of the channel that appear to be critical for normal channel function.

Navigating regulated cell excitation Voltage-gated sodium (Na v ) channels respond to a change in voltage potential by allowing sodium ions to move into cells, thus initiating electrical signaling. Mutations in Na v channels cause neurological and cardiovascular disorders, making the channels important therapeutic targets. Shen et al. determined a high-resolution structure of a Na v channel from the American cockroach by electron microscopy. The structure affords insight into voltage sensing and ion permeability and provides a foundation for understanding function and disease mechanism of Na v and the related Ca v ion channels. Science , this issue p. eaal4326

The voltage-gated calcium channel Ca(v)1.1 is engaged in the excitation-contraction coupling of skeletal muscles. The Ca(v)1.1 complex consists of the pore-forming subunit α1 and auxiliary subunits α2δ, β, and γ. We report the structure of the rabbit Ca(v)1.1 complex determined by single-particle cryo-electron microscopy. The four homologous repeats of the α1 subunit are arranged clockwise in the extracellular view. The γ subunit, whose structure resembles claudins, interacts with the voltage-sensing domain of repeat IV (VSD(IV)), whereas the cytosolic β subunit is located adjacent to VSD(II) of α1. The α2 subunit interacts with the extracellular loops of repeats I to III through its VWA and Cache1 domains. The structure reveals the architecture of a prototypical eukaryotic Ca(v) channel and provides a framework for understanding the function and disease mechanisms of Ca(v) and Na(v) channels.

Gating a calcium channel The type 2 ryanodine receptor (RyR2) controls the release of calcium ions from the sarcoplasmic reticulum in cardiac cells—the initiating step in cardiac muscle contraction. Mutations in RyR2 are associated with cardiac diseases. Peng et al. used single-particle electron cryomicroscopy to determine the structure of RyR2 from porcine heart at 4.4-Å resolution with the calcium channel closed and at 4.2-Å resolution with the calcium channel open. The structures reveal how interdomain motions result in a conformational change in the cytoplasmic region of RyR2 that is transduced by a central domain to cause motions that open or close the channel. Science , this issue p. 301

Animal toxins that modulate the activity of voltage-gated sodium (Nav) channels are broadly divided into two categories-pore blockers and gating modifiers. The pore blockers tetrodotoxin (TTX) and saxitoxin (STX) are responsible for puffer fish and shellfish poisoning in humans, respectively. Here, we present structures of the insect Nav channel NavPaS bound to a gating modifier toxin Dc1a at 2.8 angstrom-resolution and in the presence of TTX or STX at 2.6-Å and 3.2-Å resolution, respectively. Dc1a inserts into the cleft between VSDII and the pore of NavPaS, making key contacts with both domains. The structures with bound TTX or STX reveal the molecular details for the specific blockade of Na+ access to the selectivity filter from the extracellular side by these guanidinium toxins. The structures shed light on structure-based development of Nav channel drugs.