Na+,K+-ATPaseによるK+選択的結合機構の構造生物学的研究

Na+,K+-ATPase K+选择性结合机制的结构生物学研究

• 批准号: 21K06109
• 负责人: 金井 隆太
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06109/
• 关键词: Na+,K+-ATPase; 能動輸送; K+選択性; 電子顕微鏡単粒子解析; X線結晶構造解析; イオン選択性

Na+ポンプ(Na+,K+-ATPase)によるK+輸送機構、すなわち2個のK+がどのように選択的に結合するとともに脱燐酸化反応が進行するとともに、細胞外側ゲートが閉じて、細胞質側ゲートが開くのか、を原子レベルで明らかにすることを目的としている。今年度はK+を結合し、脱燐酸化した状態(E2.2K)のクライオ電顕構造を近原子分解能で得ることができた。さらにATPを結合したE2.2K状態(E2.2K.ATP)のクライオ電顕構造も低分解能だが得ることができた。これらの結果からK+を結合した後、どのように細胞外側ゲートを閉じるのか、その詳細が明らかになったほか、細胞質側ゲートのopeningに向けてどのような構造変化が起きるのか、が分かってきた。こうした変化について、同じイオンポンプであるCa2+-ATPaseと比べて、変化の方向性そのものはよく似ているものの、その度合いは大きく異なることが分かってきた。こうした両者の違いは対象とするイオンの存在量や達成すべき濃度勾配の違いに起因するものと考えられた。これらの成果は論文1報にまとめて報告している(R. Kanai, et al. (2022) FEBS Lett., 596(19):2513)。

Na+泵（Na+,K+-ATP酶）的K+转运机制，即两个K+如何选择性地结合在一起，进行去磷酸化反应，以及细胞外门关闭和细胞质门打开的目的是在原子上阐明。等级。今年，我们能够以接近原子分辨率获得 K+ 结合和去磷酸化状态 (E2.2K) 的冷冻电镜结构。此外，我们能够获得与 ATP 结合的 E2.2K 态 (E2.2K.ATP) 的冷冻电镜结构，尽管分辨率较低。这些结果阐明了结合 K+ 后细胞外门如何关闭的细节，以及细胞质门打开时发生的结构变化。尽管这些变化的方向与作为离子泵的Ca2+-ATP酶的方向相似，但已发现变化的程度显着不同。两者之间的这些差异被认为是由于目标离子的丰度和要达到的浓度梯度的差异造成的。这些结果在一篇论文中进行了总结和报告（R. Kanai, et al. (2022) FEBS Lett., 596(19):2513）。

项目成果

Cryo‐electron microscopy of Na+,K+‐ATPase reveals how the extracellular gate locks in the E2・2K+ state

Na+,K+-ATP酶的冷冻电镜揭示了细胞外门如何锁定E2·2K+状态

• DOI: 10.1002/1873-3468.14437
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 3.5
• 作者: Kanai Ryuta;Cornelius Flemming;Vilsen Bente;Toyoshima Chikashi
• 通讯作者: Toyoshima Chikashi

Na+を結合した非燐酸化状態のNa+,K+-ATPaseの 結晶構造解析

非磷酸化 Na+,K+-ATPase 结合 Na+ 的晶体结构分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 金井隆太;Bente Vilsen; Flemming Cornelius; 豊島近
• 通讯作者: 豊島近

パリトキシンを結合したNa+,K+-ATPaseの構造解析

Na+,K+-ATP 酶与海藻毒素结合的结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 金井隆太;Bente Vilsen; Flemming Cornelius; 豊島近
• 通讯作者: 豊島近

Na+,K+-ATPase と脂質二重膜と の相互作用 の結晶学的解析

Na+,K+-ATP酶与脂质双层膜相互作用的晶体学分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 金井隆太;Bente Vilsen; Flemming Cornelius; 豊島近
• 通讯作者: 豊島近

The tertiary structure of the human Xkr8-Basigin complex that scrambles phospholipids at plasma membranes

在质膜上扰乱磷脂的人类 Xkr8-Basigin 复合物的三级结构

• DOI: 10.1038/s41594-021-00665-8
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 16.8
• 作者: Sakuragi Takaharu;Kanai Ryuta;Tsutsumi Akihisa;Narita Hirotaka;Onishi Eriko;Nishino Kohei;Miyazaki Takuya;Baba Takeshi;Kosako Hidetaka;Nakagawa Atsushi;Kikkawa Masahide;Toyoshima Chikashi;Nagata Shigekazu
• 通讯作者: Nagata Shigekazu