筋小胞体カルシウムポンプのATP加水分解とカルシウム輸送の共役機構

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580619
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 大保 貴嗣 旭川医科大学, 医学部, 助教授 (90207267)
• Keywords: 筋小胞体 / Ca^<2+>-ATPase / リン酸化中間体 / ダリエー病 / 能動輸送 / SERCA / カルシウムポンプ / P-type ATPase

Research Abstract

1.筋小胞体Ca^<2+>-ATPaseの細胞質側にはA、P、Nの3ドメインがある。AドメインのVal^<200>ループとPドメインとの相互作用が、Ca^<2+>結合型リン酸化中間体からのCa^<2+>遊離に必須であることを示した。2.Glu^<40>-Ser^<48>ループは本酵素のAドメインと膜貫通ヘリックスM1をつないでいる。このループの適切な長さが、リン酸化酵素の構造転換に必須であることが強く示唆された。さらに、ダリエー病家系で発見された変異Δ41、Δ42、N39D、N39Tではこの反応段階が阻害されており、これらによる小胞体へのCa^<2+>輸送の阻害が細胞内のカルシウムホメオスタシスを乱す可能性を示した。3.本酵素PドメインのArg^<334>がリン酸化酵素の異性化に必須であり、またAドメインのTyr^<122>は、リン酸化酵素の異性化の後、リン酸化中間体からCa^<2+>が遊離する段階に必須であることを示した。これらよりATP加水分解のエネルギーが細胞質ドメイン相互間の大きな動きを通じて膜貫通ドメインのCa^<2+>輸送部位へ伝達されるモデルを提出した。4.本酵素(E2)にBe^<2+>とF^-、Al^<3+>とF^-、およびMg^<2+>とF^-が結合したBe/F/E2、Al/F/E2、Mg/F/E2の複合体が本酵素のリン酸化中間体とその加水分解過程の安定なアナログであり、各々、基底状態、遷移状態、酵素・生成物複合体のアナログであることを示した。さらに、リン酸化中間体の加水分解過程における触媒部位の変化によりCa^<2+>輸送路が閉じて小胞体内腔からCa^<2+>を漏出させない構造が獲得されることを示した。

Research Products

• [Publications] Kazuo Yamasaki, Takashi Daiho, Hiroshi Suzuki: "Remarkable stability of solubilized and delipidated sarcoplasmic reticulum Ca^<2+>-ATPase with tightly bound fluoride and magnesium against detergent-induced denaturation"The Journal of Biological Chemistry. 277・16. 13615-13619 (2002)
• [Publications] 山崎 和生, 大保 貴嗣, 鈴木 裕: "筋小胞体Ca^<2+>-ATPaseの細胞質ドメインに存在するイオンペアの役割"生化学. 74・8. 1023 (2002)
• [Publications] 大保 貴嗣, 山崎 和生, 王 国麗, Danko Stefania, 鈴木 裕: "筋小胞体Ca^<2+>-ATPaseのAドメイン-膜貫通ヘリックス連結領域の部位特異的変異"生化学. 74・8. 1023 (2002)
• [Publications] Sanae Kato, Mika Kamidochi, Takashi Daiho, Kazuo Yamasaki, Wang Gouli, Hiroshi Suzuki: "Val^<200> residue in Lys^<189>-Lys^<205> outermost loop on the A domain of sarcoplasmic reticulum Ca^<2+>-ATPase is critical for rapid processing of phosphoenzyme intermediate after loss of ADP sensitivity"The Journal of Biological Chemistry. 278・11. 9624-9629 (2003)
• [Publications] Yamasaki Kazuo, Daiho Takashi, Suzuki Hiroshi: "Roles of ionic interactions between P and N domains of sarcoplasmic reticulum Ca^<2+>-ATPase"生化学. 75・8. 965 (2003)
• [Publications] Suzuki Hiroshi, Yamasaki Kazuo, Daiho Takashi, Miyauchi Yuki, Iizuka Hajime, Danko Stefania: "Structure and function of Ca^<2+> pump and the molecular basis of genetic diseases caused by its mutations"生化学. 75・8. 762 (2003)
• [Publications] Daiho Takashi, Yamasaki Kazuo, Danko Stefania, Suzuki Hiroshi: "Roles and mechanism of domain movements and interactions in the Ca^<2+> pump"生化学. 75・8. 774 (2003)
• [Publications] Takashi Daiho, Kazuo Yamasaki, Guoli Wang, Stefania Danko, Hajime Iizuka, Hiroshi Suzuki: "Deletions of any single residues in Glu^<40>-Ser^<48> loop connecting a domain and the first transmembrane helix of sarcoplasmic reticulum Ca^<2+>-ATPase result in almost complete inhibition of conformational transition and hydrolysis of phosphoenzyme intermediate"The Journal of Biological Chemistry. 278・40. 39197-39204 (2003)
• [Publications] Kazuo Yamasaki, Takashi Daiho, Stefania Danko, Hiroshi Suzuki: "Multiple and distinct effects of mutations of Tyr^<122>, Glu^<123>, Arg^<324>, and Arg^<334> involved in interactions between the top part of second and fourth transmembrane helices in Sarcoplasmic Reticulum Ca^<2+>-ATPase CHANGES IN CYTOPLASMIC DOMAIN ORGANIZATION DURING ISOMETRIC TRANSITION OF PHOSPHOENZYME INTERMEDIATE AND SUBSEQUENT Ca^<2+> RELEASE"The Journal of Biological Chemistry. 279・3. 2202-2210 (2004)
• [Publications] Stefania Danko, Kazuo Yamasaki, Takashi Daiho, Hiroshi Suzuki: "Distinct Natures of Be/F-bound, Al/F-bound, and Mg/F-bound Stable Analogues of ADP-insensitive Phosphoenzyme Intermediate of Sarcoplasmic Reticulum Ca^<2+>-ATPase : Changes in catalytic and transport sites during phoshoenzyme hydrolysis"The Journal of Biological Chemistry. 279(In press). (2004)