細胞膜がタンパク質の形を変える鍵だった~分子スイッチ「Rac1」を活性化する分子複合体の構造を解明~

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2025-11-13 理化学研究所

細胞運動を制御するシグナル分子群の立体構造を、脂質膜上という“細胞膜に近い環境”で解き明かした研究です。理研らの共同研究グループは、DOCK5と結合パートナーELMO1に、上流Gタンパク質RhoGと基質Rac1が結合した「DOCK5–ELMO1–RhoG–Rac1複合体」を人工脂質膜上に再構成し、クライオ電子顕微鏡で構造解析しました。その結果、水溶液中で自己阻害型だった複合体が、膜への結合とRhoGとの相互作用をきっかけに大きく構造変化し、膜に沿う扁平な活性型コンフォメーションへ移行してRac1を効率よく活性化する仕組みが判明しました。さらに、構造に基づく変異体解析から、ELMO1 PHドメインと酸性脂質との新たな相互作用がアクチン細胞骨格の再編成やラメリポディア形成、細胞運動性の制御に重要であることを実証。骨粗しょう症や浸潤がんで異常が指摘されるDOCK5シグナルの創薬標的としての有望性と、膜タンパク質複合体構造解析の新手法としての応用可能性が示されました。

細胞膜がタンパク質の形を変える鍵だった~分子スイッチ「Rac1」を活性化する分子複合体の構造を解明~
脂質膜上の複合体の活性型コンフォメーション(立体構造)と細胞膜が関わる構造変化

<関連情報>

脂質膜上のDOCK5・ELMO1シグナロソームの構造変化 Conformational alteration of DOCK5•ELMO1 signalosome on lipid membrane

Takehiro Shinoda,Kazushige Katsura,Yoshiko Ishizuka-Katsura,Kazuharu Hanada,Mayumi Yonemochi,Yuki Miyamoto,Mutsuko Kukimoto-Niino,Junji Yamauchi & Mikako Shirouzu
Communications Biology  Published:13 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-09113-5

Abstract

The DOCK protein family activates Rho small GTPases through guanine nucleotide exchange factor (GEF) activity. DOCK is thought to exert its GEF activity at the plasma membrane. However, the mechanism by which DOCK activity on the plasma membrane is regulated remains unclear. Herein, we present a new conformation in which DOCK5, ELMO1, RhoG, and Rac1 are aligned on a plane and symmetrically flattened, as revealed by cryo-EM using a lipid membrane-coated grid. The major conformational change leading to this structure results from rotation of each DOCK5•ELMO1 hinge site through interactions with the membrane. Biochemical and cellular experiments indicate that conformational changes driven by acidic lipids are important for regulating the GEF activity of the DOCK5•ELMO1 complex on the plasma membrane and are essential for its downstream signalling. This approach also enables the analysis of large lipid-associated complexes, such as signalosomes, and will aid studies of membrane-dependent signalling assemblies.

細胞遺伝子工学
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