膜タンパク質生合成における動的なリボソーム-トランスロコン複合体の構造解析

Core Concepts

膜タンパク質の生合成過程において、リボソーム-トランスロコン複合体は動的に構造変化し、様々な補助因子と相互作用することで、効率的な膜タンパク質の挿入と輸送を実現している。

Abstract

本研究では、クライオ電子顕微鏡法と構造予測の最新の進歩を活用し、リボソーム-トランスロコン複合体の複数の新規構造を明らかにした。
具体的には以下の知見が得られた:

膜貫通ドメインがSec61のラテラルゲートを通過する際の構造変化
nascent chainがリボソーム蛋白質uL22の構造を制御する様子
トランスロコン関連蛋白質(TRAP)複合体が生合成の異なる段階で位置を調整する様子
予想外にSec61のラテラルゲートにRAMP4が多数取り込まれ、Sec61のポア径を広げ、親水性の内部を形成する

これらの構造情報は、トランスロコンの機能メカニズムに関する仮説を導き出し、多様な基質に柔軟に対応できる驚くべき可塑性を持つ装置であることを示唆している。

Stats

膜貫通ドメインがSec61のラテラルゲートを通過する際の長さは約11Å(約3アミノ酸)である。
RAMP4はSec61のラテラルゲートに約85%の割合で取り込まれている。

Quotes

"RAMP4は、Sec61のラテラルゲートに取り込まれ、Sec61のポア径を広げ、親水性の内部を形成する。"
"uL22のC末端ヘリックスは、リボソームとトランスロコンの接合部に結合し、nascent chainの通過を制御する。"

Key Insights Distilled From

Structural analysis of the dynamic ribosome-translocon complex

by Lewis,A. J. ... at www.biorxiv.org 12-22-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.12.22.572959v1

Deeper Inquiries

RAMP4がSec61のラテラルゲートに取り込まれる分子メカニズムはどのようなものか?

RAMP4はSec61のラテラルゲートに結合し、Sec61の中央ポアを広げる役割を果たします。RAMP4のリボソーム結合ドメイン（RBD）は、αヘリックスと310-ヘリックスからなるフック状の構造を持ち、リボソームとの相互作用を通じて安定化されます。RAMP4のTMDは、Sec61のラテラルゲートに結合し、Sec61の中央ポアを広げる一方、プラグヘリックスを排除せずにポアを広げます。このように、RAMP4はSec61の機能を調節し、特定の状態でSec61の構造を変化させることが示唆されます。

TRAP複合体がトランスロコンの機能を調節する具体的な機構は何か?

TRAP複合体は、リボソーム、OSTA、およびSec61に結合し、トランスロコンの機能を調節します。TRAPは、リボソームとSec61に多数の特異的および非特異的な相互作用を介して結合し、複数のサイトで相互作用します。TRAPαはSec61のヒンジループに結合し、リボソームとの相互作用を通じて柔軟に結合します。TRAPβ、TRAPγ、およびCalnexinもリボソームとSec61に結合し、トランスロコンの機能を補完します。TRAPは、リボソームとSec61に結合しながら、複数の位置と方向を取ることができるため、他のトランスロケーション因子とは異なる柔軟な結合様式を示します。

uL22のC末端ヘリックスがnascent chainの挙動にどのような影響を及ぼすのか?

uL22のC末端ヘリックスは、リボソームとSec61の間で重要な役割を果たします。このヘリックスは、リボソームの膜に面した部分からSec61とnascent chainに伸び、eL31や複数のRNAヘリックスと接触します。このヘリックスは、リボソームからSec61への振る舞いを調節し、Sec61のラテラルゲートをブロックすることで、nascent chainのチャネルからの出口を制御します。uL22のC末端ヘリックスは、リボソームとSec61の相互作用を通じて、トランスロコンの機能を調節し、特定の状態でSec61の構造を変化させることが示唆されます。