Estructuras cryo-EM de un mutante humano de ABCG2 atrapado en estados ligados al ATP y al sustrato

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología estructural
• Biología molecular

Sus antecedentes:

• ABCG2 (miembro G de la subfamilia de casetes de unión al ATP 2) es una proteína transportadora crucial involucrada en la defensa celular y la farmacocinética de los fármacos.
• Si bien se conoce la estructura e inhibición de ABCG2, su reconocimiento de sustrato y sus mecanismos de transporte siguen sin estar claros.

Objetivo del estudio:

• Elucidar los mecanismos moleculares de reconocimiento de sustrato y transporte impulsado por ATP por ABCG2 humano.
• Presentar las estructuras de la criomicroscopia electrónica de alta resolución de ABCG2 en los estados funcionales clave.

Principales métodos:

• Se utilizó microscopía criolectrónica de alta resolución (cryo-EM) para determinar las estructuras de un mutante funcional de ABCG2 (ABCG2_EQ).
• El sulfato de estrona-3 (E₁S) se utilizó como un sustrato modelo para capturar los estados de pre-translocación y post-translocación.
• Se realizaron ensayos de mutagenesis y de transporte in vitro y de ATPasa para validar los hallazgos estructurales.

Principales resultados:

• Las estructuras cryo-EM revelaron estados distintos de ABCG2 ligados al sustrato (pre-translocación) y ligados al ATP (post-translocación).
• La cavidad de unión al sustrato es central y está orientada hacia el citoplasma en el estado de pre-translocación, alojando una sola molécula E₁S.
• La unión de ATP induce cambios conformacionales, colapsando la cavidad interna y abriendo una externa para la extrusión del sustrato, lo que implica cambios de dominio y orientación de NBD alterada.

Conclusiones:

• ABCG2 utiliza la unión de ATP para impulsar cambios conformacionales para la translocación del sustrato.
• Los residuos específicos, incluido un "enchufe" de leucina, son críticos para el reconocimiento del sustrato y la diferenciación de los sustratos de los inhibidores.
• Los hallazgos proporcionan información mecanicista sobre cómo funciona el ABCG2 como una bomba de eflujo, lo que afecta la eficacia del medicamento y la protección xenobiótica.