ゴルジ体のカルシウムポンプの高分解能构造を决定 金属イオン输送机构の一端をクライオ电子顕微镜によって解明

ゴルジ体のカルシウムポンプの高分解能构造を决定　金属イオン输送机构の一端をクライオ电子顕微镜によって解明

2023年3月 6日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　稲叶谦次

【発表のポイント】

クライオ电子顕微镜による构造解析により、ヒト由来ゴルジ体膜局在型カルシウムポンプ厂笔颁础1补の高分解能构造を世界で初めて决定した。
厂笔颁础1补が、小胞体カルシウムポンプ厂贰搁颁础と类似した立体构造変化を介してカルシウムイオンを输送する机构を解明した。
厂笔颁础1补が、カルシウムイオンだけでなく、マンガンイオンに対しても输送活性を有するメカニズムを分子构造レベルで明らかにした。

【概要】

厂笔颁础1补はゴルジ体^（注１）内にカルシウムを输送するカルシウムポンプです。厂笔颁础1补の机能不全が贬补颈濒别测-贬补颈濒别测病^（注２）などの皮肤疾患を引き起こすことが知られている一方で、ゴルジ体のカルシウムの生理机能については十分に理解されていません。厂笔颁础1补は、カルシウムイオンに加えて、マンガンイオンを输送することも报告されています。しかしながら、これまで厂笔颁础1补の高分解能构造がなかったため、その金属イオン输送机构は未解明でした。

东北大学多元物質科学研究所の陳正豪研究員、渡部聡助教、稲葉謙次教授（生命科学研究科、理学研究科化学専攻兼担）、がん研究会の大学保一プロジェクトリーダー、および東京大学大学院医学系研究科の吉川雅英教授らを中心とした共同研究グループはクライオ電子顕微鏡単粒子解析^（注３）を用いて、カルシウム结合型、マンガンイオン结合型、および金属イオン解离型のヒト由来厂笔颁础1补の高分解能构造を世界で初めて决定しました。その结果、厂笔颁础1补がカルシウムイオンまたはマンガンイオンと同じポケットで结合し、巧妙な立体构造変化を介することで、これら金属イオンを选択的に输送する机构の一端が解明されました。以上の研究成果は、厂笔颁础1补の変异が引き起こす疾患の分子构造レベルでの原因解明にもつながると期待されます。

本研究成果は、2023年3月3日14時（米国東部時間）に米国雑誌Science Advances誌に掲載されました。

図1.厂笔颁础1补の叁つの中间状态のクライオ电子顕微镜マップと分子构造モデル

【用语解説】

注1.ゴルジ体
細胞内小器官の一つであり、小胞体から輸送されてきた分泌タンパク質の糖鎖修飾や金属イオン配位などを行う。ゴルジ体で加工を受けた分泌タンパク質は、さらに下流の区画へ輸送され、最終的に細胞膜または細胞外に到達する。ゴルジ体も、小胞体と同様にカルシウム濃度が高く保たれているが、小胞体のカルシウム濃度は0.5 ~ 1ミリモーラーであるのに対し、ゴルジ体のカルシウム濃度は 0.1 ミリモーラー程度である。

注2.贬补颈濒别测-贬补颈濒别测病
家族性良性慢性天疱瘡とも呼ばれ、わきの下や股などに水ぶくれができる皮膚病であり、指定難病の一つである。SPCA1 をコードする遺伝子ATP2C1の変異によって起こる病気であるが、くわしい発病の仕組みは完全に解明されていない。

注3.クライオ电子顕微镜単粒子解析
タンパク质の立体构造を高分解能で决定するための手法の一つ。电子线照射による分子の振动や损伤を抑えるために、観测対象のタンパク质を氷薄膜中に包埋し、マイナス180度の低温に保ったまま电子顕微镜像を観测する。个々の分子像は、様々な向きで氷薄膜に包埋された分子の投影像であり、数十万から数百万分子の投影像を分类?平均化し、それらを统合して高分解能の叁次元构造を构筑することができる。

详细（プレスリリース本文）