核酸とメタロイドによるアルセニット流出ATPアゼの形状の変化

科学分野:

• 生物化学
• 構造生物学
• 微生物学

背景:

• アーセナイト (As^III) は,細胞のチオールに容易に結合し,生物の解毒メカニズムを必要とします.
• プロカリオットのアルセニート耐性には,しばしば *ars* オペロンがあり,細胞質のATPアゼ ArsA がAs^IIIを隔離および輸出する上で重要な役割を果たします.
• ArsAによるヌクレオチド水解がAs^IIIの結合と輸送を制御する正確なメカニズムは,まだ完全に理解されていません.

研究 の 目的:

• アルセニット抵抗経路における ArsA ATPase の分子メカニズムを解明する.
• 触媒サイクル中のArsAの構成変化とアルセニット結合への反応を特徴づける.
• アルセニットによるアルステル活性化のための構造的基礎を提供する.

主な方法:

• 低温電子顕微鏡 (cryogenic electron microscopy,cryo-EM) を用いて,様々な核酸結合状態 (MgADP,MgATP) とアーセニットとの複合状態におけるArsAの構造を決定した.
• X線吸収光譜法 (XAS) を使用して,ArsA内のアルセニートの調整状態と結合環境を確認しました.
• ArsAの機能的特性とその相互作用を特徴付けるために生化学的測定が行われました.

主要な成果:

• Cryo-EM構造は,異なる開いたMgADP結合状態とMgATP結合状態,そして,As^IIIと複合した閉じたMgATP結合状態を明らかにした.
• XASは,閉じた状態で保存されたシステイン残留物に対するAs^IIIの3座標結合を確認した.
• 構造はArsA触媒サイクルにおける重要な構成変化を示し,内皮ウォーカーA (IWA) ATPaseファミリーと一致し,As^III媒介のアロステリック活性化の構造的基礎を明らかにする.

結論:

• ArsAの核酸状態は,その構成を決定し,アーセナイト収束のための高親和性サイトを一時的に形成します.
• アルセニト結合は核酸水解をアロステリックに活性化させ,アルセニトをArsB流出ポンプに流出させる.
• この研究は,ArsA ATPaseによって媒介されるアルセニート輸送の詳細な構造とメカニズムを理解します.