クライオ電顕を用いた鉄錯体輸送体の基質認識と輸送機構の解明

使用冷冻电镜阐明铁络合物转运蛋白的底物识别和转运机制

基本信息

批准号：
22H02564
负责人：
山形敦史
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析法によってオオムギ由来の鉄錯体輸送体（Yellow stripe1; YS1）の立体構造を決定した。構造解析の結果、YS1はコレステロール類似物質（CHS: コレステロールヘミコハク酸）が仲介した二量体を形成していた。YS1プロトマー構造は基質結合に関わるコアドメインと二量体界面を形成する足場ドメインに分かれ、両ドメイン間にキャビティを形成していた。YS1がCHS依存的な二量体を形成することをサイズ排除クロマトグラフィーによって確認し、さらに蛍光を用いた熱変性解析によりCHSがYS1の熱安定性が向上することを確認した。次に、YS1と鉄錯体（ムギネ酸鉄; Fe-DMA）との複合体構造をクライオ電子顕微鏡単粒子解析法によって決定した。YS1は外向き開口構造を形成しており、Fe-DMAはキャビティ内の細胞外側近くの結合ポケットに結合していた。YS1は、鉄と結合したムギネ酸の骨格構造を認識していることを明らかにした。基質認識に関わる残基の変異体を作製した。放射性ラベルした鉄とムギネ酸との複合体の取り込みを昆虫細胞を用いたアッセイ系によって解析した結果、変異体で取り込み活性が失われ、構造解析で見られた相互作用が正しいことを証明した。さらに人為的なムギネ酸鉄類縁体（Fe-PDMA）との複合体構造も明らかにした。Fe-PDMAはFe-DMAと全く同じようにYS1と結合しており、PDMAがDMAの代替として働くことを示した。YS1は足場ドメインに対しコアドメインが剛体様に動いて、外向き開口から内向き開口構造に遷移することが示唆された。さらに、分子動力学計算によってキャビティ内の３つのアスパラギン酸残基のプロトン化が基質の輸送に必要な構造変化を引き起こすことを示した。

大麦衍生的铁复合物转运蛋白的三维结构（黄色条纹1; ys1）是通过使用低温电子显微镜的单个粒子分析方法确定的。结构分析表明，YS1形成了由胆固醇类似物（CHS：胆固醇半核酸）介导的二聚体。将YS1原始物结构分为涉及底物结合的核心结构域和形成二聚体界面的支架域，从而形成两个域之间的空腔。通过尺寸排除色谱证实，YS1形成依赖CHS的二聚体，进一步使用荧光的热变性分析证实，CHS提高了YS1的热稳定性。接下来，通过冷冻电子显微镜单粒子分析确定YS1和铁复合物（铁麦酸铁； Fe-DMA）的复合结构。 YS1形成了一个外部开放的结构，Fe-DMA结合到腔体内细胞外部附近的结合口袋。 YS1透露，它识别了粘结铁的骨干结构。做出了涉及底物识别的残基的突变体。通过使用昆虫细胞的测定系统分析了放射性标记的铁和摇摆的复合物的结合，突变体失去了其摄取活性，表明在结构分析中看到的相互作用是正确的。此外，还揭示了使用人造铁麦格酸酯类似物（Fe-PDMA）的复合物的结构。 Fe-PDMA以与FE-DMA完全相同的方式与YS1结合，表明PDMA是DMA的替代方案。有人提出，YS1相对于脚手架域以刚性的方式移动核心结构域，从向外开口转换为内向开口结构。此外，分子动力学计算表明，腔内三种天冬氨酸残基的质子化会导致底物运输所需的结构变化。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Cryo-EM analyses of the amyloid fibrils causing neurodegenerative diseases

冷冻电镜分析引起神经退行性疾病的淀粉样原纤维

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mori Shoko;Nomura Kaoru;Fujikawa Kohki;Osawa Tsukiho;Shionyu Masafumi;Yoda Takao;Shirai Tsuyoshi;Tsuda Shugo;Yoshizawa-Kumagaye Kumiko;Masuda Shun;Nishio Hideki;Yoshiya Taku;Suzuki Sonomi;Muramoto Maki;Nishiyama Ken-ichi;Shimamoto Keiko;山形敦史
通讯作者：
山形敦史

理研・横浜事業所における In situ 構造生物への取り組み

RIKEN 横滨办事处的原位结构生物学举措

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Fujimoto Shintaro;Tashiro Shinya;Tamura Yasushi;山形敦史
通讯作者：
山形敦史

Cryo-EM structure of a monomeric RC-LH1-PufX supercomplex with high-carotenoid content from Rhodobacter capsulatus

DOI：
10.1016/j.str.2023.01.006
发表时间：
2023-03-02
期刊：
STRUCTURE
影响因子：
5.7
作者：
Bracun, Laura;Yamagata, Atsushi;Liu, Lu-Ning
通讯作者：
Liu, Lu-Ning

Deadenylase-dependent mRNA decay of GDF15 and FGF21 orchestrates food intake and energy expenditure.

DOI：
10.1016/j.cmet.2022.03.005
发表时间：
2022-04-05
期刊：
CELL METABOLISM
影响因子：
29
作者：
Katsumura, Sakie;Siddiqui, Nadeem;Goldsmith, Michael Rock;Cheah, Jaime H.;Fujikawa, Teppei;Minegishi, Genki;Yamagata, Atsushi;Yabuki, Yukako;Kobayashi, Kaoru;Shirouzu, Mikako;Inagaki, Takeshi;Huang, Tim H. -M.;Musi, Nicolas;Topisirovic, Ivan;Larsson, Ola;Morita, Masahiro
通讯作者：
Morita, Masahiro

Structural basis for the assembly and quinone transport mechanisms of the dimeric photosynthetic RC-LH1 supercomplex.