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Aug 09, 2023

Sull'interazione tra lipidi e dinamica asimmetrica di un trasportatore ABC degenerato di NBS

Communications Biology volume

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 149 (2023) Citare questo articolo

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Le proteine ​​associate alla multiresistenza ai farmaci sono esportatrici della famiglia ABC C. Sono cruciali in farmacologia poiché trasportano vari substrati attraverso le membrane. Tuttavia, il ruolo del sito degenerato di legame dei nucleotidi (NBS) rimane poco chiaro, così come l'interazione con l'ambiente lipidico circostante. Qui proponiamo una panoramica dinamica e strutturale di MRP1 da ca. Simulazioni di dinamica molecolare a 110 μs. Il legame dell'ATP con NBS1 è probabilmente mantenuto durante diversi cicli di trasporto. Il comportamento asimmetrico dell'NBD è assicurato da una minore trasduzione del segnale da NBD1 al resto della proteina a causa dell'assenza di conformazione a sfera tra NBD1 e le eliche di accoppiamento. Anche se i lipidi circostanti svolgono un ruolo attivo nella comunicazione allosterica tra la tasca di legame del substrato e gli NBD, i nostri risultati suggeriscono che la composizione lipidica ha un impatto limitato, principalmente influenzando la cinetica di trasporto. Riteniamo che il nostro lavoro possa essere esteso ad altre proteine ​​degenerate NBS ABC e fornire suggerimenti per decifrare le differenze meccanicistiche tra i trasportatori ABC.

I trasportatori delle cassette leganti l'ATP (ABC) appartengono a una delle più grandi superfamiglie di proteine ​​​​trans-regno. La risoluzione strutturale di diversi trasportatori ABC ha portato a diverse conformazioni (vale a dire, rivolto verso l'interno-IF, rivolto verso l'esterno-OF e occluso), che illustrano l'accesso alternato come il modello più probabile per razionalizzare la traslocazione del substrato lungo il ciclo di trasporto1, 2,3. Le strutture del trasportatore ABC sono costituite da almeno due domini transmembrana (TMD) costituiti da sei eliche transmembrana (TMH). I TMD sono legati a due domini di legame nucleotidico (NBD) che sono conservati evolutivamente nelle specie. Il ciclo di trasporto ABC richiede il legame di due molecole di ATP e l'energia rilasciata dall'idrolisi di almeno una di esse3,4,5,6,7. Le molecole di ATP si legano all'interfaccia del dimero NBD che adotta una disposizione testa-coda pseudosimmetrica non covalente; consentendo la formazione di due siti di legame dei nucleotidi (NBS). Entrambe le NBS sono formate dai motivi Walker A e B conservati, dai loop A, Q e H di un NBD e dalla sequenza della firma ABC e dal loop X dell'altro NBD4,5,7,8.

Fatta eccezione per alcuni membri (cioè CFTR, ABCA4, ABCD4, SUR1/2)2,3,9,10, i trasportatori ABC eucariotici sono esportatori, cioè estrudono substrati nel compartimento extracellulare. I trasportatori ABC eucariotici venivano classificati nelle famiglie di tipo I (ABCB, ABCC, ABCD) e tipo II (ABCA, ABCG). Recentemente, le diversità strutturali e funzionali dei trasportatori ABC hanno portato a una nuova classificazione basata sulla piegatura2,3 in cui i precedenti esportatori di tipo I e di tipo II adottano rispettivamente la piegatura di tipo IV e V.

Le proteine ​​associate alla resistenza multifarmaco (MRP) sono trasportatori ABC degenerati dell'NBS3,4,5,7,8. Nella NBS1 non canonica, il glutammato catalitico Walker B, la tirosina dell'anello A e il primo residuo di glicina del motivo distintivo ABC sono mutati rispettivamente in residui di aspartato, triptofano e valina. Queste mutazioni erano associate ad un'attività dell'ATPasi significativamente inferiore e ad una maggiore affinità di legame dell'ATP per la NBS degenerata14,7. Queste osservazioni hanno recentemente portato allo sviluppo di un nuovo modello asimmetrico per la funzione NBD che potrebbe influenzare la dinamica e la funzione dell'intero trasportatore3,7. La funzione e la cinetica dell'ABCC1/MRP1 bovino (bMRP1) sono state studiate in modo approfondito e approfondito combinando informazioni strutturali provenienti da esperimenti di microscopia crioelettronica (cryo-EM) e trasferimento di energia a risonanza di Förster a singola molecola (smFRET)5. Nonostante le solide informazioni fornite dalla risoluzione della struttura bMRP1, sono state osservate differenze inspiegabili tra gli esportatori ABCB e ABCC, in parte dovute all'ambiente non nativo basato su detersivo utilizzato per gli esperimenti bMRP17,11.