アクアポリン3の新規チャネル閉鎖構造を発見~クライオ電子顕微鏡でアクアポリン3の構造を解析し、他の水チャネルには見られない、水の通路が塞がれた構造を解明~

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2025-03-24 東京科学大学

東京科学大学と横浜市立大学の研究チームは、水チャネルタンパク質アクアポリン3(AQP3)の立体構造を世界で初めて解明した。クライオ電子顕微鏡による解析で、AQP3の水通路が細胞外側のループ領域にあるチロシン残基によって塞がれている新たなチャネル閉鎖構造を発見。他の水チャネルには見られない独自構造であり、AQP3の構造生理学的理解や創薬研究の加速が期待される。AQP3は水だけでなくグリセロールや尿素も輸送する特徴を持つ。

<関連情報>

アクアグリセロポリンAQP3とGlpFの狭孔構造 Narrowed pore conformations of aquaglyceroporins AQP3 and GlpF

Daisuke Kozai,Masao Inoue,Shota Suzuki,Akiko Kamegawa,Kouki Nishikawa,Hiroshi Suzuki,Toru Ekimoto,Mitsunori Ikeguchi & Yoshinori Fujiyoshi

Nature Communications  Published:20 March 2025

DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57728-3

アクアポリン3の新規チャネル閉鎖構造を発見~クライオ電子顕微鏡でアクアポリン3の構造を解析し、他の水チャネルには見られない、水の通路が塞がれた構造を解明~

Abstract

Aquaglyceroporins such as aquaporin-3 (AQP3) and its bacterial homologue GlpF facilitate water and glycerol permeation across lipid bilayers. X-ray crystal structures of GlpF showed open pore conformations, and AQP3 has also been predicted to adopt this conformation. Here we present cryo-electron microscopy structures of rat AQP3 and GlpF in different narrowed pore conformations. In n-dodecyl-β-D-maltopyranoside detergent micelles, aromatic/arginine constriction filter residues of AQP3 containing Tyr212 form a 2.8-Å diameter pore, whereas in 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) nanodiscs, Tyr212 inserts into the pore. Molecular dynamics simulation shows the Tyr212-in conformation is stable and largely suppresses water permeability. AQP3 reconstituted in POPC liposomes exhibits water and glycerol permeability, suggesting that the Tyr212-in conformation may be altered during permeation. AQP3 Y212F and Y212T mutant structures suggest that the aromatic residue drives the pore-inserted conformation. The aromatic residue is conserved in AQP7 and GlpF, but neither structure exhibits the AQP3-like conformation in POPC nanodiscs. Unexpectedly, the GlpF pore is covered by an intracellular loop, but the loop is flexible and not primarily related to the GlpF permeability. Our findings illuminate the unique AQP3 conformation and structural diversity of aquaglyceroporins.

生物工学一般
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