2020 Fiscal Year Annual Research Report
Structural basis for discrimination between multi-drug exporters and lipid floppies
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19K22495
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
加藤 博章 京都大学, 薬学研究科, 教授 (90204487)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 構造生物 / 多剤耐性 / トランスポーター / 膜タンパク質 / X結晶学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜を貫通しているトランスポーターには、基質を脂質二重層の内層から外層へ移動させるフロッパーゼ活性と、基質を細胞外へ直接排出するエクスポーター活性が知られている。これらはいずれもATPをエネルギー源として働いており、立体構造もよく似ている。そのため、両者は、はたして同じ分子メカニズムを異なる実験から命名したものなのか、本質的に別の分子なのか、不明の状態が今日まで続いている。そこで、エクスポーターをフロッパーゼ型へと改変し、その構造と機能を調べることにより、２つの膜タンパク質が異なる構造に基づく別の作用メカニズムで作用することの実証を目指した。エクスポーターCmABCB1とフロッパーゼMsbAの結晶構造を比較したところ、膜貫通アルファヘリックス１番と３番（TM1とTM3)の相互作用に構造変化を誘引するアミノ酸残基の違いを見出した。その違いは、エクスポーター同士とフロッパーゼ同士では保存されていることから、エクスポーターとフロッパーゼ、それぞれに固有の立体構造モチーフであることが推測された。そこで、エクスポーターの当該部位をフロッパーゼのモチーフのアミノ酸残基と置換したところ、ATP加水分解酵素活性の特徴が、エクスポーター型からフロッパーゼ型へ変化することを見出した。すなわち、輸送基質非存在下でも気質による活性化が最大になった時と同様の比活性を示した。また、その変異体は、薬物排出活性が大きく低下していることも見出された。さらにフロッパーゼ型に改変したエクスポーターCmABCB1(G132V)のX線結晶解析を実施したところ、立体構造がフロッパーゼ型へと変化していることが実証された。
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