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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06064/
• 关键词: リン脂質輸送体; P型ATPase; 膜タンパク質; クライオ電子顕微鏡; 立体構造解析; フリッパーゼ

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)

Cell membrane lipid transport: ATP11C, phosphatidylserine (PS), both outer and inner lobes. It is necessary to investigate the enzyme, lipid double membrane, transport mechanism, three-dimensional structure, membrane penetration, lipid interaction and structural transformation of lipid double membrane In this study, ATP-11C was reorganized into three dimensional structure and enzymology, and the outer lobe of PS lipid double membrane was reorganized into three dimensional structure and enzymology. MSP1D1 is used to determine the activity of ATP and the properties of enzymes. In addition, the use of electronic micromirrors in the analysis of single particles, acid and nitrogen resistance agent (AlF), white and nitrogen (BeF), and the combination of two intermediate structures, including 3.4 and 3.9 decomposition energy, were determined. The two structures are the E1P state in which the AlF binding intermediate is closed in the lipid delivery channel, and the E2P state in which the BeF binding intermediate is closed in the PS delivery channel. The applicant's previous research determined that the interfacial activity of the BeF binding intermediate in the cell membrane was in the open state of the lipid transport pathway, and the PS saturation was in the closed state of the lipid transport pathway. In addition, PS saturation and PS binding intermediates were detected in the preparation stage of membrane penetration, cytoplasmic protrusion and PS release in the lipid double layer of the peripheral membrane. The above results were accepted for submission (J Biol Chem (2021)298(1):101498, in press)

项目成果

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: 生化学
• 作者: 中西 華代;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

• 发表时间: 2021
• 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