Структурный анализ эндогенного 4

Биология связи, том 6, Номер статьи: 552 (2023) Цитировать эту статью

1099 доступов

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Оксоглутаратдегидрогеназный комплекс (OGDHc) участвует в цикле трикарбоновых кислот и в многостадийной реакции декарбоксилирует α-кетоглутарат, переносит сукцинил на КоА и восстанавливает НАД+. Из-за своей ключевой роли в метаболизме ферментативные компоненты OGDHc изучались изолированно; однако их взаимодействие внутри эндогенного OGDHc остается неуловимым. Здесь мы видим организацию термофильного эукариотического нативного OGDHc в его активном состоянии. Комбинируя биохимические, биофизические и биоинформационные методы, мы определяем его состав, трехмерную архитектуру и молекулярную функцию с разрешением 3,35 Å. Далее мы сообщаем о крио-ЭМ структуре ядра OGDHc (E2o) высокого разрешения, которая демонстрирует различные структурные адаптации. К ним относятся паттерны водородных связей, ограничивающие взаимодействия ферментов, участвующих в OGDHc (E1o-E2o-E3), электростатическое туннелирование, которое управляет межсубъединичными связями, и наличие гибкой субъединицы (E3BPo), соединяющей E2o и E3. Этот многомасштабный анализ экстракта нативных клеток, продуцирующих сукцинил-КоА, обеспечивает основу для изучения структурно-функциональных свойств сложных смесей, имеющих медицинскую и биотехнологическую ценность.

Комплекс оксоглутаратдегидрогеназы (OGDHc) является одним из основных регуляторов метаболического потока в трикарбоновом цикле (TCA), а это означает, что клетки поддерживают численность и активность OGDHc под строгим контролем1,2. У эукариот OGDHc активен в митохондриях, но часть комплекса локализуется и в ядре, осуществляя лизин-сукцинилирование гистонов3. Катализируемая OGDHc реакция – декарбоксилирование оксоглутарата (α-кетоглутарата) до сукцинил-КоА – важна для производства энергии, метаболического взаимодействия между митохондриями и цитоплазмой, а также метаболизма нейромедиаторов. Это связано с тем, что оксоглутарат (α-кетоглутарат) образуется в цикле ТСА при окислении углеводов и жирных кислот, а также под действием глутаматдегидрогеназы при окислительном дезаминировании глутамата. Кроме того, он вырабатывается в результате переаминирования глутамата в рамках малатно-аспартатного челнока, который переносит восстанавливающие эквиваленты из цитоплазмы в митохондрии. Это решающее положение OGDHc в метаболизме и связь между снижением активности OGDHc в мозге и нейродегенерацией стимулировали обширные исследования4,5. Более того, OGDHc очень чувствителен к активным формам кислорода (АФК)6, и его возможное ингибирование из-за окислительного стресса может оказаться вредным для общего метаболизма клетки. Такие клеточные состояния, связанные с раком, могут влиять на активность OGDHc7, особенно если учесть, что оксоглутарат является эффектором p53-опосредованного подавления опухоли8. Следовательно, понимание структурно-функциональных взаимоотношений OGDHc представляет особый интерес.

На молекулярном уровне OGDHc представляет собой сборку размером в мегадальтоны, состоящую из множества копий трех ферментов, а именно E1o (оксоглутаратдегидрогеназа, EC 1.2.4.2), E2o (дигидролипоилсукцинилтрансфераза, EC 2.3.1.61) и E3 (дигидролипоилдегидрогеназа, EC 1.8). 1.4). E2o образует ядро ​​комплекса со стабильной стехиометрией из 24 копий в кубической сборке, тогда как белки E1o и E3 собираются на его периферии, чтобы осуществить полную реакцию в еще стехиометрически и структурно неизвестном метаболоне высокого порядка (рис. 1А). ). Хотя отдельные компоненты фермента OGDHc структурно решены и кинетические характеристики его дискретных стадий изучены9,10,11 (Рис. 1B), их взаимодействие неизвестно, что затрудняет, следовательно, структурно-функциональные исследования, лежащие в основе этого метаболона. Из-за сложности исследования его эндогенной структуры и функции недавно был использован современный масс-спектрометрический анализ в сочетании с моделированием на основе перекрестных связей, чтобы получить представление о близости субъединиц OGDHc при низком разрешении без исследования его активности12. Это связано с тем, что метаболон еще не восстановлен in vitro как функциональная единица, несмотря на десятилетия исследований. Кроме того, липоильный домен (LD), который переносит липоильные интермедиаты из одного активного центра в другой (E1o → E2o → E3), является частью очень гибкого плеча E2o, что представляет особую проблему для его изучения традиционными структурными методами. Потенциальное участие дополнительных структурных элементов, таких как субъединицы, которые могут способствовать перекрестной коммуникации OGDHc, т.е. KGD413, еще больше усложняет характеристику комплекса.