내인성 4의 구조 분석

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 552(2023) 이 기사 인용

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옥소글루타레이트 탈수소효소 복합체(OGDHc)는 트리카르복실산 회로에 참여하고 다단계 반응에서 α-케토글루타레이트를 탈카르복실화하고 숙시닐을 CoA로 전달하며 NAD+를 감소시킵니다. 신진 대사에서 중추적인 역할로 인해 OGDHc 효소 구성 요소는 별도로 연구되었습니다. 그러나 내인성 OGDHc 내에서의 상호 작용은 아직 파악하기 어렵습니다. 여기에서 우리는 활성 상태에서 호열성, 진핵생물, 원시 OGDHc의 조직을 식별합니다. 생화학, 생물물리학 및 생물정보학 방법을 결합하여 3.35Å 해상도에서 구성, 3D 구조 및 분자 기능을 해결합니다. 우리는 다양한 구조적 적응을 표시하는 OGDHc 코어(E2o)의 고해상도 극저온 EM 구조를 추가로 보고합니다. 여기에는 OGDHc 참여 효소(E1o-E2o-E3)의 상호 작용을 제한하는 수소 결합 패턴, 하위 단위 간 통신을 구동하는 정전기 터널링, E2o와 E3를 연결하는 유연한 하위 단위(E3BPo)의 존재가 포함됩니다. 숙시닐-CoA 생산 천연 세포 추출물에 대한 이러한 다중 규모 분석은 의학적 가치와 생명공학적 가치의 복잡한 혼합물에 대한 구조-기능 연구를 위한 청사진을 제공합니다.

옥소글루타레이트 탈수소효소 복합체(OGDHc)는 트리카르복시산 주기(TCA)에서 대사 플럭스의 주요 조절자 중 하나입니다. 이는 세포가 엄격한 통제하에 OGDHc의 풍부함과 활동을 유지한다는 것을 의미합니다1,2. 진핵생물에서 OGDHc는 미토콘드리아에서 활성이지만 복합체의 일부는 히스톤의 라이신 석시닐화를 수행하는 핵에도 국한됩니다3. 옥소글루타레이트(α-케토글루타레이트)를 석시닐-CoA로 탈탄산시키는 OGDHc 촉매 반응은 에너지 생산, 미토콘드리아와 세포질 사이의 대사 상호작용, 신경전달물질의 대사에 중요합니다. 이는 탄수화물과 지방산이 산화되는 동안 TCA 회로에서 옥소글루타레이트(α-케토글루타레이트)가 생성되고 글루타메이트의 산화적 탈아미노화 동안 글루타메이트 탈수소효소에 의해 생성되기 때문입니다. 말산-아스파르트산 셔틀의 일부로 글루타메이트 아미노기 전이에 의해 추가로 생성되며, 이는 환원당량을 세포질에서 미토콘드리아로 전달합니다. 신진대사에서 OGDHc의 이러한 중요한 위치와 뇌의 OGDHc 활동 감소와 신경변성 사이의 연관성은 광범위한 연구를 자극했습니다4,5. 또한 OGDHc는 활성산소종(ROS)6에 매우 민감하며 산화 스트레스로 인한 억제 가능성은 세포의 전반적인 신진대사에 해로울 수 있습니다. 이러한 암 관련 세포 상태는 특히 옥소글루타레이트가 p53 매개 종양 억제의 효과기라는 점을 고려하면 OGDHc 활성에 영향을 미칠 수 있습니다8. 결과적으로 OGDHc의 구조-기능 관계를 이해하는 것이 특히 중요합니다.

분자 수준에서 OGDHc는 세 가지 효소, 즉 E1o(옥소글루타레이트 탈수소효소, EC 1.2.4.2), E2o(디하이드로리포일 숙시닐트랜스퍼라제, EC 2.3.1.61) 및 E3(디하이드로리포일 탈수소효소, EC 1.8)의 여러 복사본으로 구성된 메가달톤 크기 어셈블리입니다. 1.4). E2o는 입방체 집합에서 24개 복사본의 안정적인 화학양론으로 복합체의 핵심을 형성하는 반면, E1o와 E3 단백질은 그 주변에 모여 아직 화학양론적으로나 구조적으로 알려지지 않은 고차 대사체에서 완전한 반응을 수행합니다(그림 1A). ). OGDHc 단일 효소 구성 요소가 구조적으로 해결되었고 개별 단계의 동역학적 특성이 연구되었지만9,10,11(그림 1B), 이들의 상호 통신은 알려져 있지 않아 이 대사의 기초가 되는 구조 기능 연구를 방해합니다. 내인성 구조와 기능을 조사하는 과제로 인해 최근 가교 기반 모델링과 결합된 현대 질량 분석법을 사용하여 활동을 조사하지 않고 저해상도에서 OGDHc의 하위 단위 근접성에 대한 통찰력을 도출했습니다. 이는 수십 년의 연구에도 불구하고 대사가 아직 시험관 내에서 기능적 실체로 재구성되지 않았기 때문입니다. 또한, 리포일 중간체를 하나의 활성 부위에서 다음 활성 부위(E1o → E2o → E3)로 전달하는 리포일 도메인(LD)은 매우 유연한 E2o 팔의 일부이며, 이는 전통적인 구조 방법에 의한 연구에 대한 특별한 과제를 나타냅니다. OGDHc 교차 통신에 기여할 수 있는 하위 단위, 즉 KGD413과 같은 추가 구조 요소의 잠재적인 관련은 복합체의 특성화를 더욱 복잡하게 만듭니다.