細胞膜リン脂質フリッパーゼATP11Cの膜脂質環境におけるの構造機能解析

膜脂环境中细胞膜磷脂翻转酶ATP11C的结构和功能分析

基本信息

批准号：
21K06064
负责人：
中西華代
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒト細胞膜リン脂質フリッパーゼATP11Cは、phosphatidylserine (PS)を外葉から内葉へ輸送する。この酵素がリン脂を脂質二重膜から取り込む輸送反応を根本的に理解するには、立体構造に加え、膜貫通領域と周縁リン脂質の相互作用、脂質二重膜自体の構造変化を精査する必要がある。そこで、本研究はATP11CをPSナノディスクに再構成して立体構造解析と酵素学的解析を行い、PSを脂質二重膜の外葉からどのように取り込み内葉に放出するのかを調べた。MSP1D1を用いたリン脂質ナノディスクを迅速かつ・簡便に再構成する方法を独自に確立するとともに、調製したナノディスクを用いPSに依存したATP活性を測定して、界面活性剤ミセル中とは酵素学的性質が異なることを示した。さらに、クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析を行い、リン酸アナログ阻害剤フッ化アルミニウム(AlF)、フッ化ベリリウム(BeF)を結合した二つの中間体構造を、それぞれ3.4Å、3.9Å分解能で決定した。これら二つの構造は、AlF結合中間体がリン脂質輸送経路が閉じたE1P状態、BeF結合中間体がPSを輸送経路内に閉塞したE2P状態であった。申請者が前の研究で決定した界面活性剤ミセル中のBeF結合中間体は、リン脂質輸送経路を細胞膜外葉側に開いた状態であったのに対し、PS飽和ナノディスクでは輸送経路が閉じた状態、すなわち反応サイクルの次のステップの状態であった。加えて、PS飽和ナノディスクのBeF結合中間体では、2番目の膜貫通ヘリックス周辺の脂質二重層内葉が細胞質側に突出しており、近傍の輸送経路内に閉塞されたPSを放出する準備段階にあることが予測された。以上の成果をまとめた投稿論文は受理され現在印刷中である(J Biol Chem (2021)298(1):101498, in press)

人细胞膜磷脂翻转酶 ATP11C 将磷脂酰丝氨酸 (PS) 从外叶转运至内叶。为了从根本上理解该酶从脂质双层膜中摄取磷脂的转运反应，不仅需要检查三维结构，还需要检查跨膜区域与外周磷脂之间的相互作用以及结构变化。脂质双层膜本身是有需要的。因此，在本研究中，我们将 ATP11C 重组为 PS 纳米圆盘，并进行三维结构和酶分析，以研究 PS 如何从脂质双层膜的外层小叶中摄取并释放到内层小叶中。除了建立了一种使用MSP1D1快速、轻松地重构磷脂纳米盘的独特方法外，我们还使用制备的纳米盘测量了PS依赖性ATP活性，并确定了表面活性剂胶束中含有酶，这表明了科学性质的不同。此外，使用冷冻电子显微镜的单颗粒分析揭示了磷酸盐类似物抑制剂氟化铝（AlF）和氟化铍（BeF）组合的两种中间体的结构，分辨率分别为3.4 Å和3.9 Å。这两种结构是E1P状态，其中AlF结合的中间体关闭磷脂转运途径，以及E2P状态，其中BeF结合的中间体封闭转运途径内的PS。在申请人之前的研究中，表面活性剂胶束中的BeF结合中间体具有向细胞膜的外叶开放的磷脂运输途径，而在PS饱和的纳米圆盘中，运输途径是关闭的，即下一步的状态。在反应循环中。此外，在PS饱和纳米圆盘的BeF结合中间体中，第二跨膜螺旋周围的内部脂质双层小叶向细胞质侧突出，为将封闭的PS释放到附近的运输途径做准备。是。提交的总结上述结果的论文已被接受，目前正在印刷（J Biol Chem (2021)298(1):101498, in press）

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structures and transport mechanism of the plasma membrane flippase ATP11C

质膜翻转酶ATP11C的结构和转运机制

DOI：
10.14952/seikagaku.2021.930824
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
中西華代;阿部一啓
通讯作者：
阿部一啓

Cryo-EM of the ATP11C flippase reconstituted in Nanodiscs shows a distended phospholipid bilayer inner membrane around transmembrane helix 2

在 Nanodiscs 中重建的 ATP11C 翻转酶的冷冻电镜显示跨膜螺旋 2 周围有扩张的磷脂双层内膜

DOI：
10.1016/j.jbc.2021.101498
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
4.8
作者：
Nakanishi Hanayo;Hayashida Kenichi;Nishizawa Tomohiro;Oshima Atsunori;Abe Kazuhiro
通讯作者：
Abe Kazuhiro

ヒト細胞膜フリッパーゼATP11Cの構造機能解析

人细胞膜翻转酶 ATP11C 的结构和功能分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
中西華代; 瀬川勝盛; 長田重一; 藤吉好則 ; 阿部一啓
通讯作者：
阿部一啓

ヒト細胞膜フリッパーゼATP11Cの構造機能解析

人细胞膜翻转酶 ATP11C 的结构和功能分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
中西華代; 瀬川勝盛; 長田重一; 藤吉好則 ; 阿部一啓
通讯作者：
阿部一啓

Cryo-EM of the ATP11C flippase reconstituted in Nanodiscs shows a distended phospholipid bilayer inner membrane around transmembrane helix 2

在 Nanodiscs 中重建的 ATP11C 翻转酶的冷冻电镜显示跨膜螺旋 2 周围有扩张的磷脂双层内膜

DOI：
10.1016/j.jbc.2021.101498
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
4.8
作者：
Nakanishi Hanayo;Hayashida Kenichi;Nishizawa Tomohiro;Oshima Atsunori;Abe Kazuhiro
通讯作者：
Abe Kazuhiro