生体内の高解像度構造解析によるほ乳類の呼吸系スーパーコンプレックスの解明

Core Concepts

ミトコンドリアの呼吸系複合体は生体内の高解像度クライオ電子顕微鏡法により、様々な高次組織構造を形成し、その動的過程が明らかになった。

Abstract

本研究では、ブタのミトコンドリアを生体内の状態で直接観察することで、呼吸系スーパーコンプレックスの高解像度構造を明らかにした。

4つの主要なスーパーコンプレックス組織(I1III2IV1、I1III2IV2、I2III2IV2、I2III4IV2)を同定した。これらは膜上でより高次の配列を形成すると考えられる。
スーパーコンプレックスは主に「タンパク質-脂質-タンパク質」の相互作用によって形成され、周囲の膜の幾何学的構造に大きな影響を与えている。
反応中間体の構造も捉えられ、複合体Iのユビキノン/ユビキノール交換機構や複合体IIIのQ-サイクルの動的過程が明らかになった。
異なる条件下のミトコンドリアから得られたスーパーコンプレックスの比較から、複合体Iと複合体IIIの構造変化が環境変化に応答している可能性が示唆された。
生体内の膜環境を保持した手法により、ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスを原子レベルから細胞内構造まで、高解像度で網羅的に解析できた。

Stats

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスは主に「タンパク質-脂質-タンパク質」の相互作用によって形成される。
スーパーコンプレックスの組織構造は4つの主要なタイプが存在し(I1III2IV1、I1III2IV2、I2III2IV2、I2III4IV2)、膜上でより高次の配列を形成すると考えられる。

Quotes

ミトコンドリアの呼吸系複合体の生体内での動的な構造変化を捉えることができた。
生体内の膜環境を保持した手法により、ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスを原子レベルから細胞内構造まで、高解像度で網羅的に解析できた。

Key Insights Distilled From

High-resolution in situ structures of mammalian respiratory supercomplexes - Nature

by Wan Zheng,Pe... at www.nature.com 05-29-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07488-9

Deeper Inquiries

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの形成と機能の関係はどのように理解できるか?

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスは、内膜内での酸化的リン酸化を通じてATPエネルギー生産に重要な役割を果たしています。これらのスーパーコンプレックスは、主に「タンパク質-リン脂質-タンパク質」相互作用によって形成され、周囲の膜の局所幾何学に大きな影響を与えます。これにより、スーパーコンプレックスの形成と機能は密接に関連しており、特定の構造が特定の機能を果たすことが理解されます。例えば、複合体Iにおけるユビキノン/ユビキノール交換機構や複合体IIIにおけるQサイクルなど、これらのスーパーコンプレックス内での反応中間体の存在は、その機能を理解する上で重要です。

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの構造変化と細胞の代謝状態の変化との関係はどのように考えられるか?

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの構造変化は、細胞の代謝状態の変化と密接に関連しています。例えば、異なる条件下で処理されたミトコンドリアから得られたスーパーコンプレックスの構造比較により、複合体IとIIIの構造の異なる状態が示唆されます。これは、環境の変化に対応して、スーパーコンプレックスの構造が変化する可能性があることを示唆しています。したがって、ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの構造変化は、細胞の代謝状態の変化を反映し、その機能に影響を与える可能性があります。

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの構造と疾患との関連性はどのように探索できるか?

ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの構造と疾患との関連性を探索するためには、異なる疾患状態や変異体のミトコンドリアからのサンプルを比較し、スーパーコンプレックスの構造に変化があるかどうかを調査することが重要です。特定の疾患に関連する変異がスーパーコンプレックスの構造や機能に影響を与える可能性があります。また、疾患状態におけるスーパーコンプレックスの構造変化が、その疾患の病態生理学的メカニズムを理解する上で重要な手がかりとなる可能性があります。そのため、ミトコンドリアの呼吸系スーパーコンプレックスの構造と疾患との関連性を探索することは、疾患の予防や治療法の開発に貢献する重要な研究分野となり得ます。