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Jul 03, 2023

Ca2+

Nature Communications volume 13、記事番号: 2708 (2022) この記事を引用する 3019 アクセス数 2 引用数 34 オルトメトリクスの詳細 シスチン尿症は、

Nature Communications volume 13、記事番号: 2708 (2022) この記事を引用

3019 アクセス

2 引用

34 オルトメトリック

メトリクスの詳細

シスチン尿症は、二塩基性アミノ酸とシスチンの過剰排出を特徴とする遺伝性疾患で、再発性の腎結石や腎不全を引き起こします。 システム b0,+ を構成する調節糖タンパク質 rBAT とアミノ酸輸送体 b0,+AT の変異は、それぞれ I 型シスチン尿症と非 I 型シスチン尿症に関連しており、タンパク質輸送の欠損または触媒の不活化により異なる表現型を示します。 今回、極低温電子顕微鏡と生化学を用いて、Ca2+ が系 b0,+ の高次集合を媒介していることを発見しました。 Ca2+ は 2 つの rBAT 分子間の界面を安定化し、b0,+AT – rBAT の超二量体化をもたらし、これにより N-グリカンの成熟とタンパク質の輸送が促進されます。 シスチン尿症の変異体 T216M と rBAT の Ca2+ 部位の変異は高次集合体の喪失を引き起こし、その結果、ER でのタンパク質の捕捉と機能の喪失が生じます。 これらの結果は、システム b0,+ 生合成と I 型シスチン尿の分子基盤を提供し、それに対する新しい治療戦略を開発するためのガイドとして役立ちます。 より広範には、我々の発見は、トランスポーターオリゴマーの集合とタンパク質輸送疾患との間の前例のない関連性を明らかにしている。

シスチン尿症は、腎臓におけるアミノ酸再吸収の欠陥により、シスチンおよび二塩基性アミノ酸が尿中に過剰に排泄される遺伝性疾患です1。 シスチンは溶解度が低いため、患者は再発性の腎臓結石に悩まされており、結石は数センチメートルにまで大きくなり、急性の痛みや腎不全を引き起こします2。 したがって、多くの患者は生涯にわたるケアを必要とし、研究では新生児 7,000 人に 1 人がこの病気に罹患していると推定されています1。 一般的な治療法には、食事療法3、体外衝撃波結石破砕術、シスチン希釈の管理4、開腹手術などが含まれますが、疾患メカニズムの理解が不完全であるため、これまでのところ、これらの対症療法を超える画期的な治療法は見つかっていません。

シスチン尿症は、腎臓および腸の刷子縁細胞に局在するNa+非依存性シスチン/二塩基性アミノ酸交換体であるシステムb0,+の変異によって引き起こされます。 システム b0,+ は、ヘテロマーに属する 2 つのサブユニット、1 回膜貫通糖タンパク質 rBAT5 (D2、NBAT、および SLC3A1 としても知られる) と 12 回膜貫通トランスポーター b0,+AT6 (BAT1 および SLC7A9 としても知られる) で構成されます。アミノ酸トランスポーター（HAT）ファミリー7． 最近の研究では、rBAT が別の SLC7 メンバーである AGT1 (SLC7A13) と会合しており、b0,+AT8 と比較して明確な近位尿細管局在を示すことが明らかになりました。 典型的な HAT トランスポーターである LAT1-CD98hc の最近の構造解明により、2 つのサブユニットが緊密なヘテロ二量体集合体をどのように形成するかが示されました 9,10 が、rBAT と CD98hc の配列同一性が低く (整列領域で 28%)、合計ドメイン B ループおよび C 末端領域 11 の約 100 残基により、b0,+AT – rBAT の詳細な分子理解が妨げられています。

臨床および生化学研究では、2 つのサブユニットの変異が、rBAT では I 型シスチン尿、b0,+AT1 では非 I 型シスチン尿として知られる異なる表現型に関連していることが示されています。 ほとんどの I 型変異はシステム b0,+ の機能不全を引き起こす 12 のに対し、非 I 型変異は輸送活動自体を無効にします 13。 さらに、特徴付けられたすべての I 型変異はホモ接合体でのみ疾患の表現型を示しますが、一部の非 I 型変異はヘテロ接合体であっても疾患を引き起こす可能性があり 14、この現象は現在明確な説明が不足しています。 最近、界面活性剤中のヒト b0,+AT-rBAT のクライオ EM 構造により、その構造が明らかになり、アミノ酸対向港とその機能不全のメカニズムが示唆されました 15,16。 しかし、これらの構造は、特定の I 型変異がタンパク質輸送欠陥を引き起こす理由を説明していませんでした。

システム b0,+ の生合成とシスチン尿の分子機構をより深く理解するために、私たちはヒツジ システム b0,+ の構造と機能を研究しています。 我々は、脂質ナノディスク中のヒツジ b0,+AT–rBAT の低温電子顕微鏡 (cryo-EM) 構造を決定し、湾曲した脂質二重層に埋め込まれた超二量体 (b0,+AT–rBAT)2 複合体を明らかにしました。 我々は、rBAT細胞外ドメインのCa2+結合部位を同定し、この部位がERにおけるb0,+系の高次集合に必須であり、これによりN-グリカンの成熟と細胞膜への輸送が促進されることを実証した。 さらに、高次集合の喪失が一部の I 型変異と相関していることも発見し、これまで知られていなかったタンパク質のオリゴマー化と疾患との関連性が明らかになりました。 これらの結果は、I 型シスチン尿症の分子機構を明らかにします。