細胞膜に埋め込まれたV_Oモーターの原子モデル

科学分野:

• 生物化学
• 構造生物学
• 分子生物学

背景:

• 真空型ATPases (V-ATPases) は,ATPを動かす重要な陽子ポンプである.
• エンドサイトーシス,溶解体分解,イオン輸送を含む細胞の重要なプロセスを制御する.
• 以前のV-ATPasesの構造研究は,酵素の多様性によって制限され,原子モデルの構築を妨げていた.

研究 の 目的:

• V-ATPaseの膜結合V_O複合体の高解像度構造を決定する.
• V-ATPaseモーターを通じた陽子の転移のメカニズムを解明する.
• V-ATPase複合体内の新しいサブユニットを特定する.

主な方法:

• V_O複合体の ~3.9-Å 解像度マップを取得するために,冷凍電子顕微鏡 (冷凍EM) を利用した.
• 栄養失調によるV-ATPase解離と自己抑制をSaccharomyces cerevisiaeで誘導した.
• 新しく特定されたサブユニット"f"を含む,V_Oサブユニットの原子モデルを構成した.

主要な成果:

• V_Oサブユニットac₈c'c′′deと新しいサブユニットfの原子構造を明らかにした.
• サブユニット"a"と"cリング"の間の空洞によって形成された 陽子輸送のための細胞質半チャネルを特定した.
• 陽子媒介グルタミン酸残留物のC環における非対称的な分布と,サブユニットaとの相互作用が示された.

結論:

• 決定されたV_O構造は,V-ATPasesの回転メカニズムに前例のない洞察を提供します.
• この発見は,ATP水解による回転と結合した連続的なプロトネーション/デプロトネーションメカニズムを示唆している.
• この研究により 生物の回転モーターにおける 陽子の転移に関する理解が進んでいます