マグネシウムチャネルCORAの冷凍-EM構造は,ゲーティング時に対称性を破る
Doreen Matthies1, Olivier Dalmas2, Mario J Borgnia1
1Laboratory of Cell Biology, Center for Cancer Research, National Cancer Institute, NIH, Bethesda, MD 20892, USA.
プロカリオットの重要なマグネシウムトランスポーターであるCorAは,重要な形状の変化によって開閉する. このマグネシウムイオンチャネルゲーティングメカニズムは,冷凍-EMによって明らかにされ,おそらく同様のイオンチャネルに適用されます.
科学分野:
- 構造生物学
- バイオ物理学
- 分子生物学
背景:
- CorAは,プロカリオットの主要なマグネシウムイオン (Mg2+) 吸収システムである.
- 細胞内Mg2+濃度によって調節され,解離常数 (KD) は約1-2mMである.
- 以前のX線結晶学とEPRスペクトロスコーピーは,形状の変化を示唆したが,ゲートメカニズムの高解像度の構造的詳細が欠けていた.
研究 の 目的:
- 異なる機能状態の高解像度構造を決定することによって,CorAゲッティングの構造的基礎を解明する.
- Mg2+の結合と放出時のCorAの構造変化を視覚化する.
- Mg2+がCORAチャネルの開閉を制御するメカニズムを理解する.
主な方法:
- クリオ電子顕微鏡 (cryo-EM) を用いて,CORAの構造を決定した.
- 構造は,Mg2+ 結合された閉ざされた形状と,Mg2+ のない2つの異なる開いた状態で解明されました.
- 高解像度構造データは3.8 Åと7.1 Åで得られた.
主要な成果:
- Mg2+結合状態は閉じた5倍対称な形状を示した.
- Mg2+が存在しない場合,CorAは開いた非対称な状態のアンサンブルを採用します.
- 5つのサブユニットのうち4つは,閉ざされた状態から開いた状態への移行で,ヒンジのような動き (最大35°) を経験します.
- この移行は,CORAのダイナミックな性質を強調しています.
結論:
- CorAゲーティングは,Mg2+解離時に単一の閉じた状態から開いた非対称な状態のアンサンブルに移行する特徴がある.
- 観察された大きなサブユニット移動とヒンジのような動きは,CORAゲーティングの重要な構造的特徴です.
- このMg2+依存のゲートメカニズムは,他の構造的に関連した二価イオンチャネルに保存されている可能性が高い.
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