(創薬等PF・構造生命科学ニュースウオッチ 2016/03/05
  • Eduardo PerozoSriram Subramaniamら、 University of ChicagoとNCIの研究チームは、クライオ電顕単粒子再構成法によって、Thermotoga maritima のマグネシウムチャネルCorAの閉構造と2種類の開構造をそれぞれ分解能3.8Åと分解能7.06Åで解き、5回対称の閉構造から非対称な開構造へと遷移するモデルを提唱した.
  • CorAは原核生物の主要なマグネシウム取り込み装置であり、細胞内のMg2+が低濃度になると細胞外からMg2+を取り込む.これまでに、X線結晶構造解析は閉構造と開構造が同じようなコンフォメーションをとることを示唆したが、電子スピン共鳴(ESR)分光法は大きなコンフォメーション変化を示唆していた.
  • CorAは5つのサブユニットで構成され、細胞質側に広がっている漏斗状の五量体である(挿入図3JCF参照).35450001
    細胞内のMg2+が高濃度の場合は、Mg2+がサブユニット間の界面に入り込み、五回回転対称の構造を取っている(挿入図は3JCFを細胞質側から見た図とペリプラスム側からみた図).
     35450002 35450003
  • サブユニットにはストークヘリックスと呼ばれる長い(残基の249から351までに相当)ヘリックスが存在する.このストークヘリックスのC末端が膜貫通ドメインのTM1を(膜貫通ドメインにはTM2も存在)構成し、N末端が細胞質内の漏斗の外側を構成している.
  • Mg2+がサブユニット間に結合していない開構造のCorAでは、5つのサブユニットのうち4つのサブユニットにおけるストークヘリックスの細胞内領域がそれぞれ順次にイオン透過経路に対して傾きを変え(透過経路から離れる方向へ 〜35°/透過経路に近づく方向へ 〜24°)、結果的に透過経路に対してサブユニットが1025Å変位し、開構造での対称性は失われる(2つのサブユニット変位が挿入図Ⅰ(3JCG)に、4つのサブユニット変位が挿入図Ⅱ(3JCH)に相当).
    35450004 35450005
  • Mg2+の結合によって安定する5回対称構造は、長く狭い透過経路と水和したMg2+ とが相容れないために、Mg2+ が透過できない閉構造となると考えられる.
  • サブユニット間からMg2+ が抜けると、細胞質で大きなコンフォメーション変化が起こるとともに、狭い透過経路の疎水性ゲート領域を含むチャネル全体の柔軟性が増すことによって、Mg2+ が透過可能になると想定した.
  • [論文] Darmanis, S. et al. "Cryo-EM Structures of the Magnesium Channel CorA Reveal Symmetry Break upon Gating." Cell. 2016 Feb 11;164(4):747-56.
    PreviewMinor, D. L. Jr. ."Let It Go and Open Up, an Ensemble of Ion Channel Active States.Let It Go and Open Up, an Ensemble of Ion Channel Active States." Cell. 2016 Feb11;164(4):597-8.
    [EMデータ] EMD-6551: Reconstruction of Thermotoga maritima CorA in the presence of magnesium(分解能 3.8 Å)
    [構造] 3JCF: Cryo-EM structure of the magnesium channel CorA in the closed symmetric magnesium-bound state.
    [EMデータ]EMD-6552: Reconstruction of Thermotoga maritima CorA in the absence of magnesium resulting in at least two(分解能 7.06 Å)
    [構造] 3JCG: Cryo-EM structure of the magnesium channel CorA in the magnesium-free, asymmetric open state I.
    [EMデータ] EMD-6553: Reconstruction of Thermotoga maritima CorA in the absence of magnesium resulting in at least two(分解能 7.06 Å)
    [構造] 3JCH: Cryo-EM structure of the magnesium channel CorA in the magnesium-free, asymmetric open state II.