Модуль наследственного взаимодействия способствует олигомеризации в дивергентных митохондриальных АТФ-синтазах.

Nature Communications, том 13, номер статьи: 5989 (2022) Цитировать эту статью

5631 Доступов

1 Цитаты

56 Альтметрика

Подробности о метриках

Митохондриальная АТФ-синтаза образует стабильные димеры, организованные в олигомерные сборки, которые создают кривизну внутренней мембраны, необходимую для эффективного преобразования энергии. Здесь мы сообщаем о крио-ЭМ структурах интактного димера АТФ-синтазы Trypanosoma brucei в десяти различных вращательных состояниях. Модель состоит из 25 субъединиц, включая девять клоноспецифичных, а также 36 липидов. На поворотный механизм влияет расходящаяся периферийная ножка, что обеспечивает большую конформационную гибкость. Перенос протона в просветном полуканале происходит через цепочку из пяти упорядоченных молекул воды. Интерфейс димеризации образован субъединицей g, которая имеет решающее значение для взаимодействия, но не для каталитической активности. Хотя общая архитектура димеров различается у эукариот, мы обнаружили, что субъединица-g вместе с субъединицей-е образуют предковый мотив олигомеризации, который является общим для трипаносомных линий и линий млекопитающих. Таким образом, наши данные определяют модуль субъединицы-g/e как структурный компонент, определяющий олигомерные сборки АТФ-синтазы.

Митохондриальная АТФ-синтаза состоит из растворимого F1 и мембраносвязанного субкомплекса Fo и встречается в виде димеров, которые собираются в олигомеры, вызывая образование внутримембранных складок, называемых кристами. Кристы являются местом окислительного фосфорилирования и преобразования энергии в эукариотических клетках. Диссоциация димеров АТФ-синтазы на мономеры приводит к потере нативной архитектуры крист и нарушает функцию митохондрий1,2. Хотя морфология крист существенно различается у организмов разных линий: от плоских пластинчатых у опистоконтов до спирально трубчатых у инфузорий и дискоидных у эвгленозойных3, димеры митохондриальной АТФ-синтазы представляют собой универсальное явление, обеспечивающее поддержание формы мембраны4.

Димеры АТФ-синтазы различного размера и архитектуры, классифицированные по типам от I до IV, недавно были обнаружены с помощью крио-ЭМ исследований высокого разрешения. В структуре димера АТФ-синтазы I типа млекопитающих мономеры связаны лишь слабо5,6, а у дрожжей вставки в мембрану субъединиц образуют более плотные контакты7. Структура димера АТФ-синтазы II типа водоросли Polytomella sp. показали, что интерфейс димера образован специфичными для типа компонентами8. Димер АТФ-синтазы III типа инфузории Tetrahymena thermophila характеризуется параллельными осями вращения, на границе раздела димеров идентифицированы субстехиометрические субъединицы, а также дополнительные белковые компоненты, связывающие мономеры между собой, распределенные между матриксом. , трансмембранная и просветная области9. Структура АТФ-синтазы IV типа с нативными липидами Euglena gracilis также показала, что специфические белок-липидные взаимодействия способствуют димеризации и что центральные и периферические стебли напрямую взаимодействуют друг с другом10. Наконец, уникальная апикомплексная АТФ-синтаза димеризуется через 11 специфичных для паразитов компонентов, которые составляют около 7000 Å2 площади скрытой поверхности11, и в отличие от всех других АТФ-синтаз, которые собираются в ряды, она объединяется в более высокие олигомерные состояния пятиугольных пирамид в изогнутых апикальных областях мембраны. . В совокупности доступные структурные данные предполагают разнообразие олигомеризации, и остается неизвестным, существуют ли общие элементы, опосредующие эти взаимодействия, или же димеризация АТФ-синтазы происходила независимо и несколько раз в эволюции4.

АТФ-синтаза Trypanosoma brucei, представителя кинетопластид и признанного с медицинской точки зрения модельного организма, вызывающего сонную болезнь, сильно отличается, примером чему является пирамидальная головка F1, содержащая субъединицу, специфичную для типа12,13. Димеры чувствительны к недостатку кардиолипина 14 и образуют короткие левосторонние спиральные сегменты, которые проходят через мембранный гребень дискоидальных крист 15. В отличие от аэробных эукариот, на стадии жизненного цикла млекопитающих T. brucei используется обратный режим АТФ-синтазы, используя фермент в качестве протонного насоса для поддержания потенциала митохондриальной мембраны за счет АТФ16,17. Напротив, на стадиях паразита насекомых используется прямой режим фермента, производящий АТФ18,19.