Structural basis for K+-selective binding of Na+,K+-ATPase

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06109
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kanai Ryuta 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任講師 (50598472)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: イオンポンプ / 膜蛋白質 / X線結晶構造解析 / クライオ電顕

Outline of Final Research Achievements

Na+-pump (Na+,K+-ATPase) transports three Na+ ions from cytoplasm to external, and two K+ ions from external to cytoplasm across cell membrane with one ATP molecule hydrolyzed against ion concentration gradients. The aim of this study is to elucidate the K+-selective transporting mechanism at atomic level, how Na+-pump proceeds dephosphorylation and extracellular gate closing with K+-selective binding, and how it opens the cytoplasmic gate and releases K+ ions. Here, we determined most of three-dimensional structures of the intermediate states related in this process by X-ray crystallography and cryo-EM single particle analysis. These results enabled us to understand the K+-transporting mechanism in detail.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究はあらゆる動物細胞の物質輸送や神経の活動電位、浸透圧調節など様々な生命活動を支えているNa+ポンプ(Na+,K+-ATPase)の働きを原子レベルで明らかにすることを目的としている。今回の研究では、Na+ポンプはどのようにしてK+を細胞外から細胞内へ輸送しているのかを詳細に理解することができた。K+を輸送する過程は薬剤標的とされている一方、天然毒物の標的にもなっている。本研究は更なる薬剤の改良や天然毒物に対する新規薬剤開発を可能にするものである。