Abstract TACAN is an ion channel involved in sensing mechanical pain. It has recently been shown to represent a novel and evolutionarily conserved class of mechanosensitive channels. Here, we present the cryoelectron microscopic structure of human TACAN (hTACAN). hTACAN forms a dimer in which each protomer consists of a transmembrane globular domain (TMD) that is formed of six helices and an intracellular domain (ICD) that is formed of two helices. Molecular dynamic simulations suggest that a putative ion conduction pathway is located inside each protomer. Single point mutation of the key residue Met207 significantly increased the surface tension activated currents. Moreover, cholesterols were identified at the flank of each subunit. Our data show the molecular assembly of hTACAN and suggest that the wild type hTACAN is in a closed state, providing a basis for further understanding the activation mechanism of the hTACAN channel.

The zinc-activated channel (ZAC) is an atypical mammalian cys-loop receptor (CLR) that is activated by zinc ions and protons, allowing cations to pass through. The molecular mechanism that ligands use to activate ZAC remains elusive. Here, we present three cryo-electron microscopy reconstructions of human ZAC (hZAC) under different conditions. These three hZAC structures display highly similar conformations to one another, forming symmetrical homo-pentamers with a central ion-conduction pore. The hZAC protomer comprises an extracellular domain (ECD) and a transmembrane domain (TMD), sharing more structural similarity with anion-permeable CLRs, such as glycine receptors and type A γ-aminobutyric acid receptors. Notably, hZAC possesses a distinctive C-tail that establishes a disulfide bond with the loop M2-M3 in the TMD and occupies what is typically the canonical neurotransmitter orthosteric site in other mammalian CLRs. Moreover, the tip of the cys-loop creates an unprecedented orthosteric site in hZAC. The binding of Zn2+ triggers a conformational shift in the cys-loop, which presumably prompts the loop M2-M3 to move and open the channel gate. This study sheds light on the assembly of the channel, its structural features, and the process of signal transduction in hZAC. ZAC is a Zn2+ and H⁺-activated cation channel. Here, the authors report the structures of human ZAC and identify an unusual C-tail that functions in auto-inhibition. This work provides insights into the gating and activation mechanisms of ZAC.

Summary Calcium hemostasis modulator 1 (CALHM1) is a voltage- and Ca 2+ -gated ATP channel that plays an important role in neuronal signaling. The currently reported CALHM structures are all in an ATP-conducting state, and the gating mechanism of ATP permeation remains elusive. Here, we report three cryo-EM reconstructions of Danio rerio heptameric CALHM1s with ordered or flexible long C-terminal helices as well as Danio rerio octameric CALHM1 with flexible long C-terminal helices at resolutions of 3.2 Å, 2.9 Å, and 3.5 Å. Structural analysis revealed that the heptameric CALHM1s are in an ATP nonconducting state in which the pore diameter in the middle is approximately 6.6 Å. Compared with those inside the octameric CALHM1s, the N- helices inside heptameric CALHM1s are in the “down” position to avoid steric clash with neighboring TM1 helices. Molecular dynamic simulation shows that the pore size is significantly increased for ATP molecule permeation during the movement of the N- helix from the “down” position to the “up” position. Therefore, we proposed a mechanism in which the “piston-like” motion of the N-helix drives the dynamic assembly of the CALHM1 channel for ATP molecule permeation. Our results provide insights into the ATP permeation mechanism of the CALHM1 channel.