NSMB丨解析真核生物线粒体镁离子通道膜蛋白Mrs2的封闭和敞开的三维结构
发布时间：2025-05-25 03:23:46 来源：开云体育网页版入口
（Magnesium） 是生物细胞中含量最高的二价阳离子，是细胞生理活动中必需的辅助因子。例如，镁离子参加ATP的组成，与ATP构成复合物为细胞供给能量， 参加细胞内的酶促反响，以及保持基因组的安稳。可是细胞转运镁离子的调控机制，特别是真核细胞线粒体中镁离子的转运以及怎么保持平衡，现在的研讨还不是很清楚。 该团队首要挑选了一种嗜热线基因进行蛋白表达纯化。为了取得不同构象的三维结构，该团队对蛋白样品进行了不同的纯化别离，而且将去污剂提纯的蛋白重组到Nanodiscs，用来模仿生物脂膜环境来保持蛋白的天然构象。经过使用冷冻电镜的办法，该团队首要解析了在镁离子存在条件下Mrs2的三维结构。取得的Mrs2是由五个单体构成的一个五聚体的通道蛋白，该蛋白包含了坐落线粒体膜空隙的环状结构区，坐落线粒体内膜的跨膜区，以及坐落线粒体基质的调控结构域。经过对结构的剖析发现，该状况处于一种封闭的构象，坐落通道内的疏水性甲硫氨酸 (Met) 以及碱性精氨酸 (Arg) 构成了操控镁离子转运的开关 (gate) 。其间镁离子结合在由酸性氨基酸构成的坐落线粒体膜空隙的入口处，Mrs2蛋白特有的底物挑选区 (GMN motif) ，以及处于线粒体内膜的蛋白通道中。一起还发现了坐落线粒体基质结构域中俩个不一样的区域的镁离子结合位点 (M1/2 and M3/4)，而且每个结合位点都结合了俩个镁离子，其间坐落结构域底端位点 (M1/2) 处的酸性氨基酸十分保存。 为了进一步了解Mrs2蛋白是怎么转运镁离子进入线粒体内的，该团队一起还解析了在没有镁离子存在的条件下Mrs2的三维结构。该条件下，Mrs2仍然处于五聚体的状况。经过对该结构的剖析发现，跨膜区以及线粒体膜空隙区的构象与Mrs2封闭结构的相应区域的构象完全一致，相同也有镁离子结合在蛋白通道内。可是操控镁离子进入线粒体内的氨基酸 (Met-Arg) 构象向外扩张了，使得该区域的直径变大然后答应镁离子经过。一起，结合在线调控结构域的镁离子也不存了，而且每个单体的调控结构域发生了向外扩张的构象变化，由俩个精氨酸替代了本来镁离子 (M1/2) 并于直接结合镁离子的酸性氨基酸构成了相互效果，然后保持Mrs2的一个五重对称的构象。因而改团队以为这次解析的Mrs2构象处于敞开状况。 该团队经过对Mrs2封闭以及敞开结构比照剖析，提出了Mrs2是一种经过镁离子本身调控构象变化来转运镁离子的机制。为了验证该假说，该团队进行了一些列的骤变试验而且进行了在酵母互补平板成长试验 (Yeast complementation assay) ，大肠杆菌镍离子灵敏试验 (Ni2+ sensitivity assay) ，使用非洲爪蟾卵母细胞来丈量镁离子转运试验 (Xenopus laevis oocyte experiments) ，以及使用纯化别离的蛋白进行酶解试验 (Limited proteolysis assay) 和等温滴定量热法 (ITC) 试验。然后验证了坐落Mrs2调控结构域底端的镁离子结合位点 (M1/2) 扮演者首要的调控效果，别的的镁离子结合位点 (M3/4) 起着辅组调控效果。而且只要镁离子到达必定浓度的时分才会结合到调控位点 (M1/2 and M3/4) 然后诱导Mrs2处于封闭的构象。 综上所述，这项作业不只解析了真核生物体内镁离子转运蛋白Mrs2的闭合和敞开构象，而且验证了Mrs2通道蛋白是经过镁离子本身浓度来调控其转运的机制。该效果为接下来对该宗族蛋白的转运机制研讨供给了科学试验根据，而且为后续小分子抑制剂以及药物开发供给了必定的科学根底。