Молекулярный взгляд на биогенез гликозилфосфатидилинозитол-якорных белков

Nature Communications, том 13, номер статьи: 2617 (2022) Цитировать эту статью

3729 Доступов

2 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Эукариотические клетки покрыты большим количеством гликозилфосфатидилинозитоловых якорных белков (GPI-AP), которые играют решающую роль в оплодотворении, нейрогенезе и иммунитете. Удаление гидрофобного сигнального пептида и ковалентное присоединение GPI к новому карбоксильному концу катализируются трансамидазным комплексом GPI мембраны эндоплазматического ретикулума (GPI-T), консервативным среди всех эукариот. Здесь мы сообщаем о структуре человеческого GPI-T при криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ) с глобальным разрешением 2,53 Å, обнаруживающей эквимолярную гетеропентамерную сборку. Структурный мутагенез предполагает легумаиноподобный механизм распознавания и расщепления пробелковых субстратов, а эндогенный GPI в ​​структуре определяет сложную полость для липидного субстрата. Этот удлиненный активный центр, исходящий из мембраны и охватывающий дополнительное пространство ~ 22 Å по направлению к каталитической диаде, структурно подходит для обоих субстратов, которые имеют амфипатический рисунок, соответствующий этой геометрии. Наша работа представляет собой важный шаг на пути к механистическому пониманию биосинтеза GPI-AP.

Закрепление GPI представляет собой повсеместную, метаболически дорогостоящую посттрансляционную модификацию белков поверхности эукариотических клеток1,2,3,4,5. Структурно выясненные в 1980-х годах6 липиды GPI являются биоактивными7 и химически разнообразными с минимальной основной цепью, состоящей из фосфатидилинозитоловой группы, связанной с полисахаридным ядром α-Man3-(1 → 2)-α-Man2-(1 → 6)-α-Man1 -(1 → 4)-α-GlcN (Man1/2/3, три маннозы; GlcN, глюкозамин; числа в скобках указывают нумерацию атомов углерода) (рис. 1a, дополнительный рисунок 1a). Гликановое ядро ​​зрелого GPI несет дополнительные функциональные группы, некоторые из которых являются видо- и тканеспецифичными. В процессе созревания участвуют несколько ферментов, включая маннозилтрансферазы и фосфорилэтаноламин (EtNP) трансферазы (дополнительный рисунок 1b)2,3,4. EtNP на C2 Man1 является необходимым условием для ферментативного добавления Man38,9, после чего второй этап EtNP последовательно переносится на C6 Man3 (в качестве линкера для закрепления GPI) и Man2 (для эффективного эндоплазматического ретикулума (ER)-Гольджи). транспорт некоторых GPI-AP)2. Маннозилирование Man3 по C2 необходимо для закрепления GPI у некоторых видов, таких как дрожжи10. У некоторых видов Trypanosoma C3 Man2 и C3/C4 Man1 могут иметь дополнительные сахаридные украшения, а C6 GlcN модифицирован аминоэтилфосфонатом (подведено в ссылке 11) (дополнительный рисунок 1a). Что касается фосфатидилинозитоловой части, ацильная цепь обычно присутствует в C2 инозитола до закрепления GPI (дополнительный рисунок 1a), но в большинстве случаев (за исключением эритроцитов) удаляется сразу после прикрепления GPI3. Наконец, жирная цепь фосфатидиловой группы также подвергается ремоделированию как до (дополнительный рисунок 1b), так и после стадии присоединения GPI, что приводит к разнообразию ацилов, таких как диацилглицерин, алкилацилглицерин или церамиды различной длины и ненасыщенности2,3,4,11. .

GPI-T заменяет С-концевой сигнальный пептид (CSP) пробелков на GPI по остатку ω (синий) посредством реакции трансаминирования. Различные части обозначены пунктирной рамкой. EtNP – фосфат этаноламина; Человек, манноза; Ино, инозитол; GlcNH2, глюкозамин. Предпочтения для сайтов ω, ω+1, ω+2 и ω+3 указаны в пунктирной рамке, где аминокислоты сокращены одиночными буквами. Серая заливка указывает на мембрану эндоплазматического ретикулума (ЭР). b GPI-T демонстрирует пик, близкий к Гауссу, при гель-фильтрации, и все пять субъединиц присутствуют на SDS-PAGE (вставка), что визуализируется с помощью флуоресценции в геле (слева) и окрашивания Кумасси (справа). Vo и Vt (треугольник) обозначают пустотный и общий объем соответственно. Сигналы фонового поглощения перед Vo показаны не полностью. G/T/S/K/U относится к субъединицам GPAA1/PIGT/PIGS/PIGK/PIGU. Положение каждой субъединицы определяли отдельно путем сравнения комплекса с отдельно экспрессируемыми субъединицами. Звездочка указывает на незначительное загрязнение. Молекулярные массы белков-маркеров указаны справа. Показан репрезентативный результат трех независимых экспериментов. Необрезанные изображения представлены в исходных данных. c Крио-ЭМ-карта (i-iii) и нормальный вид трансмембранного домена из просвета ЭР (iv) или цитозоля (v). Числа в iv и v обозначают TMH, а G/T/U/S/K относятся к GPAA1 и PIGT/U/S/K соответственно. Липиды и детергенты показаны в виде палочек (серого цвета). Субъединицы и связанные с ними плотности крио-ЭМ имеют цветовую маркировку, как указано.