조상 상호 작용 모듈은 다양한 미토콘드리아 ATP 합성 효소의 올리고머화를 촉진합니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 5989(2022) 이 기사 인용

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미토콘드리아 ATP 합성효소는 효율적인 에너지 전환에 필수적인 내부 막 곡률을 생성하는 올리고머 어셈블리로 배열된 안정적인 이량체를 형성합니다. 여기에서 우리는 10가지 다른 회전 상태에서 Trypanosoma brucei의 손상되지 않은 ATP 합성 효소 이량체의 저온 EM 구조를 보고합니다. 이 모델은 9개의 계통별 하위 단위와 36개의 지질을 포함하여 25개의 하위 단위로 구성됩니다. 회전 메커니즘은 다양한 주변 줄기의 영향을 받아 더 큰 형태적 유연성을 제공합니다. 내강 반채널의 양성자 전달은 5개의 정렬된 물 분자 사슬을 통해 발생합니다. 이량체화 경계면은 상호작용에는 중요하지만 촉매 활성에는 중요하지 않은 subunit-g에 의해 형성됩니다. 전반적인 이량체 구조는 진핵생물마다 다르지만, 우리는 subunit-g와 subunit-e가 트리파노소말과 포유류 계통 간에 공유되는 조상 올리고머화 모티프를 형성한다는 것을 발견했습니다. 따라서 우리의 데이터는 subunit-g/e 모듈을 ATP 합성 효소 올리고머 어셈블리를 결정하는 구조적 구성 요소로 정의합니다.

미토콘드리아 ATP 합성효소는 가용성 F1과 막 결합 Fo 하위 복합체로 구성되어 있으며 크리스태라고 불리는 내부 막 주름의 형성을 유도하기 위해 올리고머로 조립되는 이량체에서 발생합니다. Cristae는 진핵 세포에서 산화적 인산화와 에너지 전환을 위한 장소입니다. ATP 합성효소 이량체를 단량체로 분리하면 기본 크리스타 구조가 손실되고 미토콘드리아 기능이 손상됩니다. cristae 형태는 opisthokonts의 편평한 층상에서 ciliates의 코일형 관형, euglenozoans3의 원반형에 이르기까지 다양한 계통의 유기체 사이에서 실질적으로 다양하지만 미토콘드리아 ATP 합성 효소 이합체는 막 모양을 유지하기 위해 보편적으로 발생합니다.

I~IV 유형으로 분류된 다양한 크기와 구조의 ATP 합성효소 이합체는 최근 고해상도 극저온-EM 연구를 통해 해결되었습니다. 포유동물의 I형 ATP 합성효소 이량체 구조에서 단량체는 약하게 결합되어 있으며5,6 효모에서는 막 하위 단위에 삽입되어 더 긴밀한 접촉을 형성합니다7. 조류 Polytomella sp.의 II형 ATP 합성효소 이량체의 구조. 이합체 인터페이스가 문별 구성 요소에 의해 형성됨을 보여주었습니다. 섬모 테트라히메나 써모필라(Tetrahymena thermophila)의 III형 ATP 합성 효소 이량체는 평행 회전축을 특징으로 하며, 아화학량론적 하위 단위와 다중 지질이 이량체 경계면에서 확인되었으며, 단량체를 함께 묶는 추가 단백질 구성 요소가 매트릭스 사이에 분포되어 있습니다. , 막횡단 및 내강 영역9. Euglena gracilis의 천연 지질을 사용한 IV형 ATP 합성효소의 구조는 또한 특정 단백질-지질 상호작용이 이량체화에 기여하고 중앙 줄기와 주변 줄기가 서로 직접 상호작용한다는 것을 보여주었습니다10. 마지막으로, 고유한 apicomplexan ATP 합성 효소는 ~7000 Å2의 매장 표면적을 기여하는 11개의 기생충 특정 구성 요소를 통해 이량체화하고 행으로 조립되는 다른 모든 ATP 합성 효소와 달리 곡선 정점 막 영역에서 오각형 피라미드의 더 높은 올리고머 상태로 연결됩니다. . 함께, 이용 가능한 구조 데이터는 올리고머화의 다양성을 시사하며, 이러한 상호작용을 매개하는 공통 요소가 존재하는지 또는 ATP 합성효소의 이합체화가 진화에서 독립적으로 여러 번 발생했는지 여부는 아직 알려지지 않았습니다4.

kinetoplastid의 대표자이자 수면병을 일으키는 확립된 의학적으로 중요한 모델 유기체인 Trypanosoma brucei의 ATP 합성효소는 매우 다양하며, 문 특정 하위 단위를 포함하는 피라미드 모양의 F1 머리로 예시됩니다. 이량체는 카디오리핀14의 부족에 민감하며 원반형 크리스태15의 막 능선을 가로질러 연장되는 짧은 왼손 나선형 세그먼트를 형성합니다. 호기성 진핵생물 중에서 유일하게 T. brucei의 포유류 생활주기 단계는 ATP를 희생시키면서 미토콘드리아 막 전위를 유지하기 위해 양성자 펌프로 효소를 사용하는 ATP 합성효소의 역방향 모드를 활용합니다16,17. 대조적으로, 기생충의 곤충 단계에서는 효소의 ATP 생산 정방향 모드를 사용합니다.