MATEトランスポーターのリガンド依存性交互アクセスの配列と構造決定因子

Sequence and structural determinants of ligand-dependent alternating access of a MATE transporter.

• Kevin L Jagessar
• Derek P Claxton
• Richard A Stein
• Hassane S Mchaourab

抄録

多剤・毒性化合物放出（MATE）トランスポーターは、構造的にも化学的にも異なる細胞毒性化合物を放出するユビキタスなイオン結合型アンチポーターであり、多剤耐性の付与に関与していると考えられている。ここでは、二重電子電子共鳴（DEER）と機能的アッセイおよび保存残基の部位特異的変異誘発を統合して、超好熱性古細菌由来のプロトン結合型MATEであるPfMATEのリガンド依存性交互アクセスの原理を明らかにした。我々は、酸性pHが内向き(IF)構造の形成に有利であるのに対し、高pH(>7)と基質であるロダミン6Gが外向き(OF)構造を安定化することを発見した。OFとIF構造の間の脂質依存性PfMATE異性化は、薬剤耐性のために重要である以前に確認されていない細胞内グルタミン酸残基のプロトン化によって駆動されます。これらの結果は、リガンドのカップリングと交互アクセスの中心的な側面に着目した輸送の機構論的なモデルの中でフレーム化することができる。

Multidrug and toxic compound extrusion (MATE) transporters are ubiquitous ion-coupled antiporters that extrude structurally and chemically dissimilar cytotoxic compounds and have been implicated in conferring multidrug resistance. Here, we integrate double electron-electron resonance (DEER) with functional assays and site-directed mutagenesis of conserved residues to illuminate principles of ligand-dependent alternating access of PfMATE, a proton-coupled MATE from the hyperthermophilic archaeon Pairs of spin labels monitoring the two sides of the transporter reconstituted into nanodiscs reveal large-amplitude movement of helices that alter the orientation of a putative substrate binding cavity. We found that acidic pH favors formation of an inward-facing (IF) conformation, whereas elevated pH (>7) and the substrate rhodamine 6G stabilizes an outward-facing (OF) conformation. The lipid-dependent PfMATE isomerization between OF and IF conformation is driven by protonation of a previously unidentified intracellular glutamate residue that is critical for drug resistance. Our results can be framed in a mechanistic model of transport that addresses central aspects of ligand coupling and alternating access.