不安定なタンパク質複合体の精製サンプルでも、透過電子顕微鏡(TEM)像から構造決定できるように、画像情報処理を工夫して複数の3次元再構成が同時にできるようにした。すなわち、単粒子解析の画像解析プログラムの精度を向上させ、完全会合体の割合が低くても、解析できる方法を開発し、実際に不安定な複合体を解析した。筋小胞体膜には様々なイオンチャンネル複合体が組み込まれている。細胞における様々な情報伝達に呼応して、貯蔵されたCa2+を放出することによって、生理的に重要な役割・機能を果たしている。リアノジン受容体イオンチャンネルはCaを放出する機能を有するが、それとは逆に、Kを流し込んでチャージのバランスを取るのが、分子量33kDaの砲弾型をしたMg33チャンネルであることを以前に報告した(Nature 2007)。今回は分子量23kDaの3回膜貫通たんぱく質Mg23の機能が、陽イオン透過であることを見つけた。その構造を電子顕微鏡像から再構成したところ、主な構造はおよそ36量体からなるボール(深皿)状であることを決定した。また一部の複合体は6量体のサブ複合体状態に留まっている。このチャンネルが開くと様々な陽イオンを透過するが、イオン選択性は低い。このチャンネルがMg33チャンネルとどのように協調してCa放出を制御しているか、また様々な心筋症とどう関連するかが今後の課題である。(佐藤主税(産業技術総合研究所))。


Abstract from: Biochemistry. 2011 Apr 5;50(13):2623-32. Epub 2011 Mar 7.

Mitsugumin 23 forms a massive bowl-shaped assembly and cation-conducting channel.

Miyashita H, Maruyama Y, Isshiki H, Osawa S, Ogura T, Mio K, Sato C, Tomita T, Iwatsubo T.

Department of Neuropathology and Neuroscience, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, The University of Tokyo, Tokyo 113-0033.

Mitsugumin 23 (MG23) is a 23 kDa transmembrane protein localized to the sarcoplasmic/endoplasmic reticulum and nuclear membranes in a wide variety of cells. Although the characteristics imply the participation in a fundamental function in intracellular membrane systems, the physiological role of MG23 is unknown. Here we report the biochemical and biophysical characterization of MG23. Hydropathicity profile and limited proteolytic analysis proposed three transmembrane segments in the MG23 primary structure. Chemical cross-linking analysis suggested a homo-oligomeric assembly of MG23. Ultrastructural observations detected a large symmetrical particle as the predominant component and a small asymmetric assembly as the second major component in highly purified MG23 preparations. Single-particle three-dimensional reconstruction revealed that MG23 forms a large bowl-shaped complex equipped with a putative central pore, which is considered an assembly of the small asymmetric subunit. After reconstitution into planar phospholipid bilayers, purified MG23 behaved as a voltage-dependent, cation-conducting channel, permeable to both K(+) and Ca(2+). A feature of MG23 gating was that multiple channels always appeared to be gating together in the bilayer. Our observations suggest that the bowl-shaped MG23 can transiently assemble and disassemble. These building transitions may underlie the unusual channel gating behavior of MG23 and allow rapid cationic flux across intracellular membrane systems.

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