電子冷凍顕微鏡による脂質膜におけるBKカリウムチャネルの構造

科学分野:

• 構造生物学 構造生物学とは
• 膜タンパク質の研究
• バイオフィジックス 生物物理学

背景:

• 固有の脂質環境における膜タンパク質のイメージングは,構造生物学における重要な課題です.
• 電子結晶学やNMRスペクトロスコーピーのような既存の方法は,サンプルの要求とタンパク質のサイズに関する制限があります.
• 単粒子の冷凍電子顕微鏡 (cryo-EM) は,大きな溶解性タンパク質の強力な技術として登場しているが,膜タンパク質への適用は限られている.

研究 の 目的:

• 膜タンパク質であるヒトの大導電性カルシウムおよび電圧活性化カリウムチャンネル (BK) の最初の単粒子の冷凍-EM研究について報告します.
• 膜タンパク質をイメージングするための新しい方法,ランダム球面的に制約された (RSC) 単粒子の再構築を導入し,検証する.
• 脂質環境内のBKチャネルの3次元 (3D) 構造を決定する.

主な方法:

• BKチャネルを低密度で脂質ベジクル (リポソーム) に再構成する.
• カリウム流量測定法を使用して,再構成されたBKチャネルの機能的検証.
• リポソームの結晶化に続いて,電子冷凍顕微鏡 (cryo-EM) を用いたイメージングが行われます.
• 新型ランダム球面的に制約された (RSC) 単粒子の再構築方法の適用.

主要な成果:

• 脂質環境でのヒトBKチャネルの3D再構築が成功しました.
• 復元は1.7-2.0 nmの解像度を達成しました.
• 8,400 個のタンパク質粒子の画像が再構築に利用されました.

結論:

• RSCアプローチは,結晶化を必要とせずに膜タンパク質の構造研究を可能にします.
• この方法は,広範な膜タンパク質の構造分析を進めるために有望である.
• この研究は,膜タンパク質の構造的決定のために単粒子の冷凍-EMの使用の可能性を示しています.