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Sci Rep:南开大学沈月全研究组和上海生化细胞所丛尧研究组合作揭示线粒体钙离子运转蛋白及机制

摘要 : 2016年9月27日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Scientific Reports》杂志在线发表了南开大学生命科学学院沈月全研究组、杨雪副教授和中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心丛尧研究组与合作题为“Leucine zipper-EF-hand containing transmembrane protein 1 (LETM1) forms a Ca2+/H+ antiporter ”的研究论文。

 2016年9月27日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Scientific Reports》杂志在线发表了南开大学生命科学学院沈月全研究组、杨雪副教授和中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心丛尧研究组与合作题为“Leucine zipper-EF-hand containing transmembrane protein 1 (LETM1) forms a Ca2+/H+ antiporter ”的研究论文。研究采用电镜技术结合生化及细胞生物学方法揭示了跨膜蛋白LETM1(Leucine zipper-EF-handcontainingTransmembrane protein 1)可形成Ca2+/H+反向转运体以及其受pH调控的结构基础,为进一步研究LETM1 Ca2+/H+反向转运体以及线粒体中的钙离子稳态提供了基础。邵娟和付政麟为论文共同第一作者,丛尧研究员与沈月全教授为论文共同通讯作者。

线粒体不仅是细胞进行有氧呼吸的主要场所,还参与细胞程序性死亡、细胞周期调控及细胞发育调节等重要的生理活动。线粒体作为钙存储细胞器,其诸多功能均由钙离子调控,因此钙信号在线粒体中的调节作用十分重要。LETM1是位于线粒体内膜上的通道蛋白,最初被认为是一种线粒体内膜上的钾离子和氢离子的交换转运体。但是近期有工作显示LETM1可能是一种Ca2+/H+反向转运通道蛋白,然而对其结构基础及转运机制尚不清楚。

研究人员解析了不同pH条件下LETM1形成通道蛋白的负染电镜三维结构。结构分析显示,LETM1通过多聚才能形成通道蛋白,以完成Ca2+/H+反向转运的功能,并且LETM1在酸性及碱性条件下呈现两种不同的三维构象,进而调控钙离子的运输。同时,功能实验显示在HeLa细胞中敲除或者过表达LETM1会明显地增加或者减少线粒体中的Ca2+浓度;另外鼠源LETM1的Glu221对于其发挥功能是必需的,将其突变为谷氨酰胺会破坏LETM1的Ca2+转运功能。进一步的生化实验表明纯化的LETM1具有Ca2+/H+反向转运活性,而且这种活性随着其浓度的增加而加强。本项工作揭示了LETM1可通过多聚形成Ca2+/H+反向转运通道蛋白,促进了LETM1 Ca2+/H+反向转运体以及线粒体中钙离子稳态的研究。

原文链接:

Leucine zipper-EF-hand containing transmembrane protein 1 (LETM1) forms a Ca2+/H+ antiporter

原文摘要:

Leucine zipper-EF-hand-containing transmembrane protein1 (LETM1) is located in the mitochondrial inner membrane and is defective in Wolf-Hirschhorn syndrome. LETM1 contains only one transmembrane helix, but it behaves as a putative transporter. Our data shows that LETM1 knockdown or overexpression robustly increases or decreases mitochondrial Ca2+ level in HeLa cells, respectively. Also the residue Glu221 of mouse LETM1 is identified to be necessary for Ca2+ flux. The mutation of Glu221 to glutamine abolishes the Ca2+-transport activity of LETM1 in cells. Furthermore, the purified LETM1 exhibits Ca2+/H+ anti-transport activity, and the activity is enhanced as the proton gradient is increased. More importantly, electron microscopy studies reveal a hexameric LETM1 with a central cavity, and also, observe two different conformational states under alkaline and acidic conditions, respectively. Our results indicate that LETM1 is a Ca2+/H+antiporter and most likely responsible for mitochondrial Ca2+ output.

来源: Scientific Reports 浏览次数:0

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