CO에 의해 촉진된 Ca2+ 유출

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 573(2023) 이 기사 인용

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Ca2+는 중요한 신호 전달자입니다. 미생물, 균류 및 식물에서 H+/Ca2+ 항수송체(CAX)는 세포막을 통한 Ca2+ 유출을 촉매함으로써 세포내 Ca2+의 항상성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 여기에서 우리는 박테리아 CAX 동족체 YfkE가 저유량 H+/Ca2+ 교환 모드와 Ca2+와 인산염 이온이 함께 수송되는 고유량 모드(1:1)로 Ca2+를 운반한다는 것을 밝힙니다. H+. 인산염과의 결합은 YfkE의 Ca2+ 유출 활동을 크게 가속화합니다. 우리의 연구에 따르면 Ca2+와 인산염은 중앙 전좌 경로의 인접한 위치에 결합하고 이 CAX가 보존된 알파 반복 모티프를 변경하여 Ca2+ 전좌를 위한 특정 "수송 샤페론"으로 인산염을 채택하는 방법을 설명하는 기계적 통찰력을 얻게 됩니다. 이 발견은 이러한 종류의 단백질이 Ca2+와 인산염 모두의 세포 항상성에 기여한다는 것을 나타내는 CAX 계열 내의 공동 수송 메커니즘을 밝혀줍니다.

칼슘 이온은 자연에서 가장 풍부한 금속 이온 중 하나이며 Ca2+가 다양한 메신저 역할을 하는 세포의 많은 중요한 기능에 중요합니다1,2. Ca2+ 신호는 일반적으로 선택적 막 채널을 통해 세포질로 Ca2+ 유입에 의해 시작되고 소포체와 같은 세포내 소기관으로부터 Ca2+ 유출에 의해 더욱 증가됩니다. 그러나 지속적으로 높은 수준의 세포질 Ca2+는 치명적입니다. 칼슘 양이온 항수송체(CaCA)는 Ca2+ 항상성을 회복하는 데 핵심입니다. H+/Ca2+ 안티포터(CAX) 및 Na+/Ca2+ 교환체(NCX)를 포함하는 이 막 수송체 계열은 H+ 또는 Na+가 막횡단 전기화학적 구배 아래로 유입되어 세포질 밖으로 Ca2+를 격리하고 적극적으로 내보냅니다3,4.

CAX는 박테리아, 곰팡이 및 식물 어디에나 존재합니다3. 예를 들어, CAX1-3으로 알려진 3개의 CAX 동족체가 애기장대에서 확인되었고, 사과나무에서는 20개 이상의 다른 동족체가 확인되었습니다3,5. 식물 세포에서 CAX 단백질은 혈장 및 안압막 막 모두에 존재하며 추위, 염분 및 토양 pH 변화를 포함한 다양한 자극에 반응하여 세포질 Ca2+가 세포 밖으로 또는 산성 액포로 다시 이동하는 것을 촉진합니다5,6, 7,8. CAX 상동체는 미생물에서도 어디에나 존재하지만 생리학적 역할에 대해서는 추가 조사가 필요합니다. Ca2+는 화학주성, 세포 분열, 포자형성을 포함한 광범위한 박테리아 과정에 관여합니다.9 Ca2+ 신호전달은 박테리아 감염 및 숙주-병원체 상호작용에도 관련되어 있습니다10. CAX 단백질은 박테리아의 주요 Ca2+ 유출 시스템으로 나타나기 때문에 이러한 과정에서 중심 역할을 할 가능성이 높습니다. 따라서 CAX의 수송 메커니즘을 밝히는 것은 이들 유기체가 Ca2+ 교란 및 신호에 반응하여 Ca2+ 균형을 어떻게 유지하는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

구조적으로 모든 CAX 단백질은 11개의 막횡단(TM) 나선으로 구성된 공통 기본 구조를 공유하는 것으로 보입니다. α-반복이라고 불리는 두 개의 보존된 서열 모티프는 나선 TM2-3 및 TM7-8에서 발견되며 H+ 및 Ca2+ 인식을 위한 부위를 제공하는 것으로 보입니다. X선 구조는 최근 이러한 종류의 안티포터, 즉 Bacillus subtilis의 YfkE, Saccharomyces cerevisiae의 VCX1 및 Archaeoglobus fulgidus의 CAX_Af의 메커니즘에 대한 분자 기반을 밝히기 시작했습니다. 이러한 구조는 나선 TM2-3과 TM7-8이 H+와 Ca2+에 대한 인식 부위를 막의 양쪽에 교대로 노출시키는 독특한 배열을 채택하는 메커니즘을 제안합니다. 그러나 이 세 가지 구조는 교대 접근 메커니즘에서 유사한 상태, 즉 H+/Ca2+ 교환 활동에 중요한 두 개의 보존된 글루타메이트 잔기가 중앙 이온에 인접하여 위치하는 내부적으로 열려 있는 상태(즉, 세포질에 대해)를 포착합니다. -바인딩 사이트. 이 두 카르복실산 잔기는 VCX1 구조11에서 하나의 Ca2+ 이온을 조정합니다. YfkE 및 CAX_Af의 구조가 리간드되지 않은 상태를 포착하는지 아니면 H+에 결합된 상태를 포착하는지 여부는 즉시 명백하지 않았지만 두 카르복실산 잔기(YfkE의 E72 및 E255)는 VCX1의 Ca2+ 결합 상태와 비교하여 다른 형태를 채택했습니다. 최근 YfkE에 대한 우리의 연구에서는 교대 접근 메커니즘이 세포내 Ca2+ 미니 센서에 대한 Ca2+ 결합에 의해 알로스테릭하게 조절된다는 사실도 밝혀냈습니다.