Structures of voltage-gated sodium channels In “excitable” cells, like neurons and muscle cells, a difference in electrical potential is used to transmit signals across the cell membrane. This difference is regulated by opening or closing ion channels in the cell membrane. For example, mutations in human voltage-gated sodium (Na v ) channels are associated with disorders such as chronic pain, epilepsy, and cardiac arrhythmia. Pan et al. report the high-resolution structure of a human Na v channel, and Shen et al. report the structures of an insect Na v channel bound to the toxins that cause pufferfish and shellfish poisoning in humans. Together, the structures give insight into the molecular basis of sodium ion permeation and provide a path toward structure-based drug discovery. Science , this issue p. eaau2486 , p. eaau2596

Abstract The nuclear pore complex (NPC) mediates nucleocytoplasmic shuttling. Here we present single-particle cryo-EM structure of the cytoplasmic ring (CR) from the Xenopus laevis NPC at 4.1-4.7 Å resolutions. The structure of an N-terminal domain of Nup358 was resolved at 3.0 Å, facilitating identification of five Nup358 molecules in each CR subunit. Aside from unveiling the assembly details of the two Y-shaped multicomponent complexes (Y complexes) in each CR subunit, the improved resolutions reveal the C-terminal fragment of Nup160 to be an organizing center at the vertex of each Y complex. Our structures show that the scaffold of a CR subunit comprises five Nup358, two Nup205 and two Nup93 molecules in addition to the previously characterized Y complexes. One-Sentence Summary Improved resolutions of the cytoplasmic ring (CR) of the Xenopus laevis nuclear pore complex reveal that five Nup358 molecules, together with two copies of interweaved Nup205, Nup93 and Y complexes, constitute the scaffold of each CR subunit.

Abstract Nuclear pore complex (NPC) mediates nucleocytoplasmic shuttling. Here we present single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) structure of the inner ring (IR) subunit from Xenopus laevis NPC at an average resolution of 4.4 Å. The symmetric IR subunit comprises a cytoplasmic half and a nuclear half. A homo-dimer of Nup205 resides at the center of the IR subunit, flanked by two molecules of Nup188. Four molecules of Nup93 each places an extended helix into the axial groove of Nup205 or Nup188, together constituting the central scaffold. The channel nucleoporin heterotrimer (CNT) of Nup54/58/62 is anchored on the central scaffold. Six Nup155 molecules interact with the central scaffold and together with the NDC1-ALADIN hetero-dimers anchor the IR subunit to the nuclear envelope and to outer rings. The scarce inter-subunit contacts may allow sufficient latitude in conformation and diameter of the IR. Our structure of vertebrate IR reveals key insights that are functionally important.

Nuclear pore complex (NPC) exhibits structural plasticity and has only been characterized at local resolutions of up to 15 Å for the cytoplasmic ring (CR). Here we present a single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) structure of the CR from Xenopus laevis NPC at average resolutions of 5.5-7.9 Å, with local resolutions reaching 4.5 Å. Improved resolutions allow identification and placement of secondary structural elements in the majority of the CR components. The two Y complexes in each CR subunit interact with each other and associate with those from flanking subunits, forming a circular scaffold. Within each CR subunit, the Nup358-containing region wraps around the stems of both Y complexes, likely stabilizing the scaffold. Nup205 connects the short arms of the two Y complexes and associates with the stem of a neighbouring Y complex. The Nup214-containing region uses an extended coiled-coil to link Nup85 of the two Y complexes and protrudes into the axial pore of the NPC. These previously uncharacterized structural features reveal insights into NPC assembly.

Nuclear pore complex (NPC) mediates the flow of substances between the nucleus and cytoplasm in eukaryotic cells. Here we report the cryo-electron tomography (cryo-ET) structure of the luminal ring (LR) of the NPC from Xenopus laevis oocyte. The observed key structural features of the LR are independently confirmed by single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) analysis. The LR comprises eight butterfly-shaped subunits, each containing two symmetric wings. Each wing consists of four elongated, tubular protomers. Within the LR subunit, the eight protomers form a Finger domain, which directly contacts the fusion between the inner and outer nuclear membranes, and a Grid domain, which serves as a rigid base for the Finger domain. Two neighbouring LR subunits interact with each other through the lateral edges of their wings to constitute a Bumper domain, which displays two major conformations and appears to cushion neighbouring NPCs. Our study reveals previously unknown features of the LR and potentially explains the elastic property of the NPC.