Summary H. catenoides kalium channelrhodopsins ( Hc KCR1 and Hc KCR2) are potassium-selective light-gated ion channels with unique properties for optogenetics. Here we report cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures of Hc KCR1 and Hc KCR2 with endogenous retinal. Strikingly, one structure of HcKCR1 represents the conducting state with continuous potassium ion flow in the lumen, while another in non-conducting state with discontinuous potassium ion flow. Further electrophysiological studies identified extracellular side of ion permeation region as the major element for channel potassium selectivity and retinal binding region for channel gating. Our results uncover the unprecedented potassium selectivity and light-gating mechanism, and may facilitate the rational design of new optogenetic tools.

Summary Gut-microbiota plays a pivotal role in development of type 2 diabetes (T2D), yet the molecular mechanism remains elusive. Here, we show that tryptamine, a microbial metabolite of tryptophan, impairs glucose tolerance and insulin sensitivity. Tryptamine presents a higher level in monkeys with spontaneous diabetes and human with T2D and positively correlated with the glucose tolerance. In parallel, tryptamine level was suppressed by dietary fibers intervention in T2D subjects and negatively correlated with improvement of glucose tolerance. The inhibitory effect of tryptamine on insulin signaling as shown was dependent on a trace amine-associated receptor 1 (TAAR1)-extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling axis. Monoassociation of T2D-associated tryptamine-producing bacteria Ruminococcus gnavus impairs insulin sensitivity in pseudo germ-free mice. Our findings indicate gut microbiota-derived tryptamine contributes to the development of insulin resistance in T2D and may serve as a new target for intervention. Graphical Abstract

To observe the clinical efficacy of acupuncture combined with

Channelrhodopsins are popular optogenetic tools in neuroscience, but remain poorly understood mechanistically. Here we report the cryo-EM structures of channelrhodopsin-2 (ChR2) from Chlamydomonas reinhardtii and H. catenoides kalium channelrhodopsin (KCR1). We show that ChR2 recruits an endogenous N-retinylidene-PE-like molecule to a previously unidentified lateral retinal binding pocket, exhibiting a reduced light response in HEK293 cells. In contrast, H. catenoides kalium channelrhodopsin (KCR1) binds an endogenous retinal in its canonical retinal binding pocket under identical condition. However, exogenous ATR reduces the photocurrent magnitude of wild type KCR1 and also inhibits its leaky mutant C110T. Our results uncover diverse retinal chromophores with distinct binding patterns for channelrhodopsins in mammalian cells, which may further inspire next generation optogenetics for complex tasks such as cell fate control. It is known that channelrhodopsins use all-trans retinal as chromophore for light activation. Here, the authors find that different channelrhodopsins utilize various forms of retinal in mammalian cells, which could inspire next-generation optogenetic tools.

Introductory paragraph For robust DNA-based gut microbiome analysis, all cells in the stool samples need to be lysed. However, no standards have been developed to evaluate a DNA extraction protocol’s capability of lysing all cells and its sensitivity on detecting microbial structural differences among samples. In this study, we incrementally increased the intensity of mechanical lysis and integrated lysozyme pretreatment to Protocol Q (PQ), which was recommended as the best from 21 protocols 1 . A new protocol (LPQ) was optimized when DNA yield, Gram-positive bacteria ratio, and beta diversity all reached to a plateau with no further significant changes, indicating the achievement of saturated lysing. LPQ detected significant differences among three groups of fiber-treated human stool samples and identified 64 responsive ASVs, while a commercial kit failed to detect any significant treatment effects and PQ only detected 17 responsive ASVs. Therefore, saturated lysing as defined in this study should be adopted for evaluating microbiome DNA extraction protocols.

Summary Channelrhodopsins harvest the light and convert photons to the cellular ion flow. The ion selectivity and activation mechanism at the atomic level remains unknown. Here we describe cryo-EM structures for H. catenoides kalium channelrhodopsin ( Hc KCR1), its paralog, sodium selective channelrhodopsin ( Hc CCR), an open state of Hc KCR1 (C110T), the voltage-dependent inwardly rectifier (D116N) and higher potassium selective channelrhodopsin ( B1 ChR2) from Bilabrum sp , illuminating the ion selectivity and activation mechanism. Briefly, the hourglass shaped lumen is occupied by the stepwise dehydrated potassium in both intracellular and extracellular side. The aromatic amino acids likely function as partial dehydrated potassium filter in the extracellular lumen, and intracellular dehydrated ion occupying layer chooses the right size of dehydrated ion, thus specifying ion selectivity and the higher dehydration capacity, the higher potassium selectivity. Furthermore, structural comparison of Hc KCR1 and C110T suggested that the conformational changes of retinal triggers the extracellular side of TM6 extension as well as the retinal interaction residues motion, which then leads to ion flow. Our results not only uncovered the ion selectivity mechanism of potassium or sodium selective channelrhodopsins, but also elucidated their activation mechanism. It may provide a framework for designing next generation optogenetic tools.

To quantitatively and qualitatively evaluate research trends and hotspots for immune checkpoint inhibitors (ICIs), according to the most frequently cited clinical trials.