COPII集合体のサブトモグラム平均化により、コート組織が膜の形状を決定していることが明らかになった

Subtomogram averaging of COPII assemblies reveals how coat organization dictates membrane shape.

• Joshua Hutchings
• Viktoriya Stancheva
• Elizabeth A Miller
• Giulia Zanetti

抄録

真核生物の細胞は、膜に結合したキャリアーを用いてコンパートメント間で貨物を輸送し、細胞機能に不可欠なプロセスを行っている。担体はコート複合体によって生成され、貨物の捕捉と膜の変形を結びつけている。COPIIコートは、小胞体からの輸出を仲介し、内層と外層に集合して、何千もの多様な貨物の分泌を可能にする様々な形状とサイズのキャリアを生成します。COPIIのサブユニットの詳細な理解にもかかわらず、コートの組み立てや膜の変形の分子機構は明らかにされていません。本研究では、インビトロで再構成された膜結合型内被膜の4.9Åサブトモグラフィーによるサブトモグラム平均化構造を示した。外側のコート（Sec13-Sec31）が内側のコートサブユニット（Sar1-Sec23-Sec24）を橋渡しし、それらが密な格子状に集合することを示している。また、膜内に埋め込まれたSar1の両親媒性らせんを直接観察したところ、らせんが平行に挿入され、管状に曲がっていることが明らかになった。プロコラーゲン受容体TANGO1のような制御因子がこのメカニズムを制御し、小胞の形状と大きさを決定していることを提案する。

Eukaryotic cells employ membrane-bound carriers to transport cargo between compartments in a process essential to cell functionality. Carriers are generated by coat complexes that couple cargo capture to membrane deformation. The COPII coat mediates export from the endoplasmic reticulum by assembling in inner and outer layers, yielding carriers of variable shape and size that allow secretion of thousands of diverse cargo. Despite detailed understanding of COPII subunits, the molecular mechanisms of coat assembly and membrane deformation are unclear. Here we present a 4.9 Å cryo-tomography subtomogram averaging structure of in vitro-reconstituted membrane-bound inner coat. We show that the outer coat (Sec13-Sec31) bridges inner coat subunits (Sar1-Sec23-Sec24), promoting their assembly into a tight lattice. We directly visualize the membrane-embedded Sar1 amphipathic helix, revealing that lattice formation induces parallel helix insertions, yielding tubular curvature. We propose that regulators like the procollagen receptor TANGO1 modulate this mechanism to determine vesicle shape and size.