X線結晶構造解析を基盤としたマグネシウムイオン輸送体MgtEの開構造の解明

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マグネシウムイオン(Mg2+)は細胞内で最も豊富な二価金属イオンであり、様々な生理的役割を担っている。Mg2+はゲノム情報の複製・転写・翻訳における補酵素であり、リボソーム・脂質二重膜・ゲノム・核酸の安定化に重要である。それゆえ細胞内におけるMg2+濃度の恒常性は生命活動に極めて重要であると言える。Mg2+チャネルであるMgtEはイオン透過孔に厳密に保存されたMg2+選択フィルターAsp432の側鎖カルボニル酸素原子により、水和状態にあるMg2+を認識することが、MgtEの結晶構造から提唱されていた。しかし、分解能が不十分なため、MgtEの詳細な二価金属イオンに対する認識メカニズムは未だ不明である。そこで申請者は、水和水を含めたMgtEの詳細なMg2+認識メカニズムを解明するため、MgtEの高分解能構造の決定に着手した。その結果、MgtEの結晶構造を分解能2.3Åで決定することに成功した。イオン透過孔に存在するMg2+は六水和状態をとり正八面体構造となっていた。さらに、Mg2+選択フィルターAsp432はMg2+に配意する水和水と水素結合を形成しており、この構造からMgtEはMg2+を水和状態で認識することが明らかとなった。Mg2+のみならず、申請者はCa2+やMn2+存在下においてもMgtEの結晶構造を明らかにし、特にMn2+結合型MgtEにおいては、Asp432だけでなく、イオン透過孔の細胞外側、そして膜貫通ドメインの細胞外側の計2カ所にMn2+結合部位が存在することを見出した。これらの結合部位を構成するアミノ酸を変異させたMgtEを調製し、リポソームを用いたMg2+輸送機能解析を行った結果、Mn2+結合部位はMn2+と結合することでMg2+輸送を阻害する働きを有することが明らかとなった。