物質不均衡分布を司る能動輸送体P型ATPaseの構造機能生理学

P 型 ATP 酶（一种负责物质不平衡分布的主动转运蛋白）的结构和功能生理学

基本信息

批准号：
21H02426
负责人：
阿部一啓
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

项目摘要

生命の根幹とも言える細胞膜を隔てた物質不均衡分布は、主としてカチオンの能動輸送体（イオンポンプ）として知られるP型ATPaseファミリーによって作り出される。この中で、100万倍のH+濃度勾配を作り出す胃プロトンポンプ　・アポトーシスに関与するリン脂質フリッパーゼATP11C・これら2つのユニークなポンプの作動機構解明を目指して研究を推進している。プロトンポンプはH+:K+ = 1:1の輸送を行うが、近縁のナトリウムポンプはNa+:K+ = 3:2の起電的な輸送を仲介する。我々は、本来であれば胃プロトンポンプに１つだけしか結合できないK+を、２つ結合できるように改変した変異体を作製することによって、K+結合化学量論を司る因子を理解することを計画した。段階的な変異導入と構造機能解析を繰り返すことで、最終的に５つの変異導入（２つは直接的にK+の配位に関与し、２つは間接的に影響、１つは分子全体のコンフォメーションを調節する変異）によって、K+が2つ結合した変異体を得る事に成功した（Abe et al., 2021, Nat Commun）。また、プロトンポンプを出発点として、3つのNa+と2つのK+を輸送することが出来るナトリウムポンプ様の変異体を作製した。こちらは合計４つの変異導入によって改変に成功し、電気生理学的解析や構造解析によってこれを証明した（Young et al., 2022, Nat Commun）。これらの結果は、構造に基づいた論理的なでデザインによって輸送基質の種類/個数を改変した初めての例である。また、胃酸抑制剤を含むプロトンポンプとその阻害剤との複合体構造を複数解析し、これらの化合物のポテンシャルなファーマコフォアを同定することに成功した（Tanaka et al., 2022, J Med Chem）。

将细胞膜分开的物质不平衡分布（这是生命的基础）主要是由称为活性阳离子转运蛋白（离子泵）的P型ATPase家族创建的。其中，我们正在促进旨在阐明胃质子泵的工作机制的研究，从而产生了H+浓度梯度的一百万倍。磷脂Flippase ATP11C，参与凋亡；这两个独特的泵。质子泵携带H+：K+ = 1：1，而密切相关的钠泵介导静电传输Na+：K+ = 3：2。我们计划通过创建已修改的突变体来理解负责K+结合化学计量的因素，从而使两个K+可以与胃质子泵结合。通过重复分阶段的诱变和结构功能分析，我们最终设法获得了一个由五个诱变结合的两个K+的突变体（两个直接参与K+的协调，两个间接影响，一个调节了整个分子的构象）（Abe等，2021，NAT Mumsin）。此外，使用质子泵作为起点，能够运输三个Na+和两个K+的钠泵状突变体。通过引入四种诱变，成功改变了这种情况，这通过电生理和结构分析证明了这一点（Young等，2022，Nat Commun）。这些结果是通过基于逻辑结构设计更改传输基材类型/数量的第一个示例。此外，分析了含有胃酸抑制剂及其抑制剂的质子泵的多个复杂结构，以鉴定这些化合物的潜在药算算体（Tanaka等，2022，J Med Chem）。

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）

Structural Basis for Binding of Potassium-Competitive Acid Blockers to the Gastric Proton Pump

钾竞争性酸阻滞剂与胃质子泵结合的结构基础

DOI：
10.1021/acs.jmedchem.2c00338
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Medicinal Chemistry
影响因子：
7.3
作者：
Tanaka Saki;Morita Mikio;Yamagishi Tatsuya;Madapally Hridya Valia;Hayashida Kenichi;Khandelia Himanshu;Gerle Christoph;Shigematsu Hideki;Oshima Atsunori;Abe Kazuhiro
通讯作者：
Abe Kazuhiro

ナトリウムポンプのつくりかた

钠泵的制作方法

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nakamura Kento Nlandu;Yamauchi Haruki;Mima Hiroyuki;Chen Yerun;Ohtsuka Satomi;Magari Masaki;Morishita Ryo;Tokumitsu Hiroshi;阿部一啓
通讯作者：
阿部一啓

How to make a Na+ pump

如何制作钠泵

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takayuki Nagae;Masashi Unno;Taiki Koizumi;Yohei Miyanoiri;Tomotsumi Fujisawa;Kento Masui;Takanari Kamo;Kei Wada;Toshihiko Eki;Yutaka Ito;Yuu Hirose;Masaki Mishima;Kazuhiro Abe
通讯作者：
Kazuhiro Abe

Structural Physiology of the Gastric Proton pump and the Lipid Flippase

胃质子泵和脂质翻转酶的结构生理学