Na+,K+-ATPaseによるK+選択的結合機構の構造生物学的研究

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+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)。