ABC 수송체 MsbA의 지질 및 구리 조절에 대한 구조적 기초

Nature Communications 13권, 기사 번호: 7291(2022) 이 기사 인용

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지질다당류(LPS) 생물 발생의 중요한 단계에는 LPS 전구체인 지질올리고당을 세포질에서 내막의 주변세포질 전단지로 뒤집는 작업이 포함되며, 이 작업은 ATP 결합 카세트 운반체 MsbA에 의해 수행됩니다. MsbA의 내부 공동에 대한 LPS 결합은 잘 확립되어 있지만, 다른 부위에서 MsbA-지질 상호 작용의 선택성은 아직 잘 이해되지 않고 있습니다. 여기에서는 기본 질량 분석법(MS)을 사용하여 MsbA 지질 상호 작용을 특성화하고 구조 연구를 안내합니다. 우리는 수송체가 구리(II)와 함께 정화되고 금속 결합이 단백질-지질 상호 작용을 조절한다는 것을 보여줍니다. 구리(II)와 복합체를 이루는 MsbA의 N 말단 영역의 2.15Å 분해능 구조가 제시되어 있으며, 이는 고친화도 구리(II) 킬레이터인 GHK 펩타이드를 연상시키는 구조를 나타냅니다. 우리의 결과는 특히 LPS 전구체인 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid(Kdo)2-lipid A(KDL)에 대한 형태 의존적 지질 결합 친화성을 보여줍니다. 우리는 아데노신 5'-디포스페이트 및 바나듐산염이 있는 개방형 외부 형태에 갇혀 있는 MsbA의 3.6Å 해상도 구조를 보고하며, 지질이 수송체와 광범위한 상호 작용을 형성하는 뚜렷한 KDL 결합 부위를 드러냅니다. 추가 연구에서는 외부 KDL 결합 부위가 보존되고 ATPase 활성의 양성 알로스테릭 조절자가 LPS 생합성과 수송체 활성을 결합하는 피드포워드 활성화 메커니즘 역할을 한다는 증거를 제공합니다.

대부분의 그람 음성 박테리아의 특징은 외막의 외부 전단지에 지질다당류(LPS)가 존재한다는 것입니다1,2,3. LPS는 박테리아가 항생제와 환경 스트레스에 저항하도록 돕는 불침투성 장벽 형성에 기여합니다2. LPS의 생물 발생은 LPS 전구체 LOS(리포올리고당)의 생산과 함께 세포질에서 시작되며, 이후 추가 변형과 함께 세포 표면으로의 조직적인 수송이 뒤따릅니다(그림 1a)4. LOS에는 4~7개의 아실 사슬이 있는 글루코사민(GlcN)의 2인산화 이당류인 보존된 지질 A 부분이 포함되어 있으며, 이는 3-데옥시-D-만노-옥트-2-우로소닉산(Kdo) 설탕으로 장식되어 있습니다1. 추가 장식에는 다양한 박테리아에 따라 달라지는 핵심 올리고당의 부착이 포함됩니다2. 세포질 LOS는 ATP 결합 카세트(ABC) 수송체 MsbA에 의해 수행되는 필수 단계인 내부 막의 주변세포질 전단지로 내부에서 뒤집힙니다. MsbA의 억제 또는 결실은 치명적이기 때문에 수송체는 항생제 개발을 위한 매력적인 표적으로 나타났습니다. 소분자 MsbA 억제제는 최근 IF(내향형) 형태로 수송체를 가두거나 기질 결합을 모방하는 등 작용 모드가 다양한 것으로 개발되었습니다.

a 지질다당류 생합성은 세포질에서 시작되어 지질올리고당(LOS)을 생성합니다. LOS는 3-데옥시-D-만노-옥트-2-우로소닉산(Kdo) 당(주황색)과 코어 올리고당(보라색)으로 변형된 글루코사민의 이인산화 이당류인 보존된 지질 A 구조(회색)로 구성됩니다. 박테리아에 의존합니다. ATP의 가수분해에 의해 구동되는 MsbA는 LPS 생물 발생의 필수 단계인 세포질 LOS를 내막의 내부 전단지에서 외부 전단지로 뒤집습니다. 뒤집힌 LOS는 추가적인 변형과 함께 외부 멤브레인으로 운반되어 LPS가 됩니다. b C10E5에서 최적화된 MsbA 샘플의 기본 질량 스펙트럼은 잘 분해된 질량 스펙트럼을 생성합니다. c 부분적으로 로드된 MsbA에 대한 개별 지질 결합 이벤트에 대한 평형 해리 상수(KD). d 패널 b에 표시된 질량 스펙트럼의 디컨볼루션. 서로 다른 분자종은 이량체 MsbA 및 서로 다른 수의 결합된 구리 이온에 해당합니다. e 구리(II)를 로딩한 후 측정된 MsbA 질량은 두 결합 부위의 포화를 보여줍니다. f 구리(II)가 완전히 로드된 MsbA에 대한 개별 지질 결합 이벤트에 대한 KD. 평균 및 표준 편차가 보고됩니다(n = 3, 생물학적 복제물). 소스 데이터는 소스 데이터 파일로 제공됩니다.