Szerkezete ACLY a CoA kiderül, produktív, illetve terméketlen CoA conformations
Mi előállított rekombináns, teljes hosszúságú ACLY Escherichia coli a biokémiai, illetve strukturális elemzések (Extended Data Ábra. 1a, b)., Az enzim különböző kofaktorokkal végzett differenciálszkennelő fluorimetriája megerősítette az önmagában vagy kombinációban hozzáadott ligandumokhoz kapcsolódó kötési és potenciális szerkezeti változásokat (kiterjesztett adatok ábra. 1c). Ezeket az adatokat arra használtuk, hogy irányítsuk az ACLY szerkezetmeghatározását a társ-szubsztrátumokkal vagy a társtermékekkel.
elkészítettük a rekombináns fehérjét, és kezdetben negatív foltos egyrészecske-analízist végeztünk a fehérje metabolitok (ACLY-apo) hiányában., A kétdimenziós (2D) osztály átlagok 3000 részecskék megerősítette, hogy a fehérje képződött tetramer (kiterjesztett adatok ábra. 2a, b). További szerkezeti részletek elérése érdekében cryo-EM tanulmányt végeztünk az ACLY-citrate-CoA komplexről. A krio-EM minták optimalizálásának több fordulója után meghatároztuk az ACLY-citrate-CoA szerkezet D2 szimmetrikus krio–EM szerkezetét az átlagos 3.0 Å felbontásig. (Bővített Adatok Füge. 2c, d, 3 és 4 és 1. táblázat).,
az ACLY–citrate-CoA szerkezet homotetramert képez egy központi tetramer CSH modullal és két hamu domainnel a CSH modul ellentétes végein (protomerek 1 & 2 és 3 & 4) (ábra. 1a, b). A HAMUTARTOMÁNY (1-806-os maradványok) a citráthoz és ADP24-hez kötődő izolált N-terminális domain korábban jelentett α/β architektúrájához nagyon hasonló struktúrát alkalmaz., A CSH tartomány (maradék 859-1101) kizárólag hélixekből és rövid hurkokból áll, szerkezeti homológiával a ~90° – os szögben keresztező citrát szintáz dimerek dimerjéig (kiterjesztett adat ábra). 5a). Az egyes polipeptidláncok hamutartalmát és CSH-tartományait a 824 és a 829 maradványok közötti rövid α-hélix kivételével nagyrészt kiterjesztett ~50 maradékú tekercsrégió köti össze. A spirális régió ezen a linkeren belül az egyetlen jelentős érintkezési pont (van der Waals interakció) a molekula egyik oldalán lévő két HAMUTARTOMÁNY között., A kiterjesztett linker lehetővé teszi az egyik alegység CSH-jának, hogy kölcsönhatásba lépjen egy másik alegység hamu tartományával a CSH modul másik oldalán. A hamu protomerek közötti viszonylag ritka kölcsönhatásokkal ellentétben a CSH domének túlnyomórészt van der Waals kölcsönhatások kiterjedt hálózatát alkotják, amelyek azt sugallják, hogy a CSH domének merev tetramerikai modulként működnek, míg a négy HAMUTARTOMÁNY rugalmasabb. Ez összhangban van a megfigyelt em helyi felbontás becslésével az EM térképen, amely a legmagasabb a CSH tartományban (2.8 Å, kiterjesztett adatok ábra., 4c) és korábbi megfigyeléseink szerint a CSH-tartománynak magasabb olvadási hőmérséklete van a ~75 °C-os hamuhoz képest, szemben a ~55 °C-kal, 21.
a CoA az egyes alegységek CSH és ASH tartományai közötti interfészen kötődik össze, és úgy tűnik, hogy a szuperdomaineket “összeköti”. Az adenin-bázis és a ribóz-gyűrű kölcsönhatásba lép az egyik monomer és a pantotén kar CSH-tartományával, valamint a β-merkapto csoport egy másik alegység HAMUTARTOMÁNYÁNAK aktív helyére tapadva (1.ábra). 1c (balra) és Fig. 1D (balra))., A CoA modellezése azon a megfigyelésen alapul, hogy a foszforilált ADP csoport jól megoldódott a krio-EM sűrűségben. A merkapto csoport azonban nem volt jól megoldva, ami a régió rugalmasságát sugallja. Bár több maradékainak CSH meg ASH domainek, hogy van der Waals kölcsönhatások CoA, hidrogén kötések a S574, R576, valamint S577 a HAMU domain K964 a CSH domain a ribóz foszfát oxygens jelenik meg kell játszani egy különösen fontos szerepe van a kötési CoA a HAMU–CSH felület., Érdekes módon az E599 hidrogénkötési távolságon belül van a CoA modellezett kénatomjához, ami azt sugallja, hogy fontos katalitikus szerepet játszhat. A HAMUTARTALOMBÓL és CSH–tartományból származó protein-CoA kölcsönhatások jelentőségét az r576 és K964 szermaradékok mutációs érzékenysége támasztja alá, és az e599 potenciális katalitikus szerepét az A vagy Q mutációs érzékenysége támasztja alá, de nem D (ábra. 1f). Bár a Cryo-EM rekonstrukció mintájába citrát került, a cryo-EM térképen nem lehetett magabiztosan megoldani.,
tekintettel a CoA merkapto-csoportjának megoldatlan sűrűségére, elvégeztük az ACLY-citrate-CoA struktúra újabb rekonstrukcióját anélkül, hogy D2 szimmetriát írnánk elő annak meghatározására, hogy a CoA különböző protomerekben eltérő konformációkat fogad-e el. 3,5 Å névleges felbontásra szimmetria (C1, aszimmetrikus zárt) nélkül tudtunk rekonstrukciót készíteni. Ebben az ACLY–citrate-CoA-C1 aszimmetrikus zárt szerkezetben a hamu tartomány körüli felbontás gyengébb, mint a D2 struktúrában, de a csh tartomány körüli helyi felbontás viszonylag magas, 2,8-3,2 Å., Ennek az ACLY–citrate-CoA-C1 aszimmetrikus zárt szerkezetnek az elemzése azt mutatta, hogy a HAMUTARTOMÁNYOK mindegyike, valamint a négy CSH domén és CoA molekula közül három ugyanolyan konfigurációt kapott, mint a D2 szerkezet. Az egyik CoA-molekula azonban egy alternatív konformációt alkalmaz, amelyben a foszforilált ADP-rész ~8 Å-t tolódik el a CSH-modul felé, a pantotén kar pedig meghajlik, hogy kölcsönhatásba lépjen a CSH-val (ábra. 1b, c (jobbra) és Fig. E.1. Az alternatív Koa konformációnak megfelelő krio-EM sűrűség nagyon világos (ábra. 1c (jobbra))., Figyelemre méltó, hogy a cryo-EM sűrűséget egy jól rendezett vízmolekula esetében is megfigyelték, amely úgy tűnik, hogy áthidalja a hidrogénkötési kölcsönhatásokat a COA terminális kénatom között a H900, D1026 és R1065 oldalláncmaradványaival, további van der Waals kölcsönhatásokkal az L969, I973, H975 és R976 (ábra. 1d (jobbra)). Ezzel az alternatív CoA konformációval egyidejűleg a csh-tartományon belüli hurok (965-986 maradványok)és a szegélyező spirálok eltolódnak, hogy megfeleljenek a CoA adenin bázis alternatív helyzetének (2. ábra). E.1., A h975, R976, D1026 és R1065 mutációi az alaninhoz képest mind veszélyeztetett aktivitást mutatnak, ami arra utal, hogy a CoA kötődése a CSH doménhez valamilyen módon részt vesz az enzimaktivitásban (ábra. 1f). Tekintettel arra, hogy CoA kell reagálni a citrát a HAMU domain, utalunk a CoA conformations a ciszteamin a pantothenic kar, hogy pont felé a VAKUT vagy a CSH, mint a ‘termékeny’, illetve ‘meddő’ CoA conformations, illetve köteles ACLY.,
Szerkezet a ACLY–citrát-CoA betelepített alpopuláció kiderül, aszimmetrikus ASH irányok
amellett, hogy a fő ACLY–citrát-CoA részecske lakosság, ami 57% – a, a osztály 3 részecskék, a betelepített alpopuláció a ACLY–citrát-CoA összetett részecskék képviselő 23% – a alosztály a részecskék (10% – os általános) is készített 3D rekonstrukciója nélkül impozáns szimmetria, hogy felbontás 4.3 Å (Extended Data Ábra. 3)., Ez a betelepített alpopuláció részecskék általános szerkezete hasonló az őrnagy ACLY–citrát-CoA lakosság, kivéve, hogy az egyik a négy ASH tartományok forog ~50° felé a legközelebbi ASH alegység, hogy fogadjon el egy több, a “megnyitás” felépítésű, így hivatkoznak rá, mint ‘ACLY–citrát-CoA-C1 asymm megnyitás’. Ebben a struktúrában a sűrűség csak a két CoA-molekula foszforilált ADP-részénél látható, amelyek két szimmetrikus HAMUTARTALOMHOZ vannak kötve (ábra. 2a, b). Az egyik szimmetrikus és aszimmetrikus hamutartalom nem mutat bizonyítékot a CoA-kötésre., Nevezetesen, az aszimmetrikus hamu tartomány összeférhetetlennek tűnik a produktív CoA kötéssel (ábra. 2c). Azt javasoljuk, hogy ez az ACLY-citrate-CoA-C1 asymm nyitott szerkezet az ACLY köztes állapotát képviseli,ahol két aktív helyet katalízisre alapoznak, kettő pedig nem. Ennek a struktúrának a megfigyelése azt is sugallja, hogy a négy ACLY aktív hely önállóan működhet.