제로 이온층

Zero ionic layer

제로 이온층은 코어 SNARE 콤플렉스의 주요 상호작용 사이트입니다.다이폴-다이폴 상호작용은 이 층에서 노출된 3개의 글루타민(Q) 잔기와 1개의 아르기닌(R) 잔기 사이에서 일어난다.그럼에도 불구하고 대부분의 SNARE 콤플렉스는 류신 [1]지퍼 때문에 소수성입니다.SNARE 알파 헬리컬 번들 내에서 광범위하게 연구된 계층은 "-7"에서 "+8"까지 지정됩니다.제로 이온 층은 번들의 중심에 있으므로 "0" [2]층으로 지정됩니다.

구조.

Green: Synaptobrevin and R56 on Synaptobrevin Light blue: Syntaxin and Q226 on Syntaxin Rosy: SNAP (Sn1) and Q53 on SNAP (Sn1) Yellow: SNAP (Sn2) and Q174 on SNAP (Sn2) Dark blue: Amine group Red: carbonyl group oxygen
SNARE 콤플렉스는 Pymol 시뮬레이터에서 제로 이온 레이어 레벨로 줌인

SNARE 복합체는 소포 관련 Synaptobrevin 및 세포 막 관련 Syntaxin 및 [3]SNAP을 포함한 4개의 알파 나선 단백질로 이루어진 다발이다.다발을 측면에서 볼 때, 알파 나선 회전마다 각 나선의 알파 탄소가 평면을 형성하고, 따라서 "층"으로 지정된다.N 말단에서 C 말단으로 이어지는 나선 다발을 따라 층은 각각 "-7"에서 "+8"로 지정된다."0"층(즉, 0 이온층)은 나선 [2][4]다발의 중심에 있다.

제로 이온층은 대부분 소수성 알파-헬리컬 복합체(SNARE 복합체) 내의 이온 도메인이다.글루타민 잔기의 3개의 부분 음전하 카르보닐기와 양전하 아르기닌 [5]사이의 유인력(디폴-다이폴 상호작용)에 의해 안정화된다.구체적으로는 Syntaxin의 Q226, SNAP-25의 Q53(Sn1), SNAP-25의 Q174(Sn2) 및 Synaptobrevin(v-SNARE)[1]의 R56이 있습니다.

그림과 같이 4개의 아미노산이 층에 비대칭으로 배열되어 있다.그러나 이들의 집중적인 상호작용은 층의 안정성을 보장한다: 아르기닌 측쇄 끝은 비대칭성의 중심에 있고 아미노기는 3개의 글루타민 잔류물과 수소 결합을 형성한다.따라서 입체 및 정전기적 핏이 [6]잘 확립되어 있습니다.

기능 및 연구에 대한 관심

SNARE 단백질은 분비 [7]경로를 중재하기 위해 세포막에 위치한 단백질의 한 종류이다.이 복합체는 세포 내부의 소포가 세포막과 융합하여 분자를 세포외 [3][8]공간으로 분비하는 과정인 세포외 형성 과정에서 형성된다.

SNARE 콤플렉스의 제로 이온층은 세 가지 특성 때문에 SNARE를 연구하는 과학자들에게 특별한 관심을 가지고 있습니다.첫째, 소수성 SNARE 복합체 전체에서 유일한 친수성 영역이며, 둘째, 다른 대부분의 층과 달리 비대칭성을 보이고, 셋째, 진핵세포 [6][4]중 거의 모든 SNARE 슈퍼패밀리에서 3Q:1R 배열이 발견된다.이러한 독특한 측면들은 일반적으로 진핵 생물들에게 그것의 중요성을 암시한다.그러나 제로 이온층의 정확성과 기능은 아직 [6][2]조사 중입니다.

이전의 연구는 이 계층의 돌연변이가 분비 경로에서 SNARE 복합체의 기능에 어떻게 영향을 미치는가에 초점을 맞추었다.정확한 메커니즘은 아직 추가 조사를 기다리고 있지만, 이러한 연구는 제로 이온층의 무결성이 복합 형성 중 적절한 정렬에 필수적인 것은 아니지만, SNARE 복합체의 연결 해제와 세포외 형성 [1][6]후 4개의 구성 알파 나선 단백질의 재활용에 필수적이라는 것을 밝혀냈다.

ATP효소(NSF)와 보조인자(α-SNAP)는 세포외전증 [9]완료 후 SNARE 복합체의 분해를 촉진한다.연구에 따르면 분리 과정에서 NSF/α-SNAP 복합체는 특히 Syntaxin의 글루타민 잔류물(Q226)이 제로 이온층에 특이하게 작용한다.글루타민 잔류물은 NSF/α-SNAP 복합체의 구조 변화를 SNARE 복합체에 전달하여 0 이온층에서 [1][6]SNARE 복합체를 교란 및 분리한다.구체적으로는 이온층이 대부분 소수성 복합체 내에 매장되어 있지만, 분리 중에 NSF/α-SNAP 복합체는 소수성 차폐를 교란시켜 물 분자를 코어로 유입시킬 수 있다.다른 친수성 분자의 노출은 원래의 수소 결합 평형을 교란시키고 따라서 알파-나선 [4]다발의 분해를 용이하게 한다.

돌연변이와 교대

효모의 세포외 SNARE를 모델로 하는 연구에서 제로 이온층에서의 글루타민에서 아르기닌으로의 돌연변이는 성장과 단백질 분비 능력이 부족한 효모세포로 이어진다.그러나 이 층에서 아르기닌에서 글루타민으로의 돌연변이는 기능적으로 야생형 [6]효모세포로 이어진다.제로 이온층 중 4개의 아미노산이 모두 글루타민 잔류물인 돌연변이는 세포는 여전히 정상적인 분비 능력을 나타내지만 [10]다른 돌연변이가 있을 경우 결함이 두드러질 수 있다.

제로 이온층의 글루타민-아르기닌 돌연변이가 아르기닌-글루타민 돌연변이와 짝을 이루는 상보적 돌연변이는 그 분비능력에 [11]따라 기능적으로도 야생형 효모세포를 낳았다.

이러한 돌연변이 연구는 제로 이온 층에서 네 개의 아미노산의 역할을 연구하기 위해 행해졌다.이러한 돌연변이가 왜 특정 결과를 초래하는지에 대한 근본적인 메커니즘은 잘 논의되지 않는다.일반적으로 이 층의 글루타민 잔류물은 돌연변이 균주의 기능에 매우 중요하다.글루타민이 돌연변이 중에 온전하거나 어떤 방식으로든 보상되는 한, SNARE 복합체의 기능은 [6][10][11]유지될 것이다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d Scales, Suzie J.; Yoo, Bryan Y.; Scheller, Richard H. (2001-12-04). "The ionic layer is required for efficient dissociation of the SNARE complex by α-SNAP and NSF". Proceedings of the National Academy of Sciences. 98 (25): 14262–14267. doi:10.1073/pnas.251547598. ISSN 0027-8424. PMC 64670. PMID 11762430.
  2. ^ a b c Fasshauer, D.; Sutton, R. B.; Brunger, A. T.; Jahn, R. (1998-12-22). "Conserved structural features of the synaptic fusion complex: SNARE proteins reclassified as Q- and R-SNAREs". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (26): 15781–15786. doi:10.1073/pnas.95.26.15781. ISSN 0027-8424. PMC 28121. PMID 9861047.
  3. ^ a b Hanson, P. I.; Heuser, J. E.; Jahn, R. (June 1997). "Neurotransmitter release - four years of SNARE complexes". Current Opinion in Neurobiology. 7 (3): 310–315. doi:10.1016/s0959-4388(97)80057-8. ISSN 0959-4388. PMID 9232812. S2CID 35713372.
  4. ^ a b c Sutton, R. B.; Fasshauer, D.; Jahn, R.; Brunger, A. T. (1998-09-24). "Crystal structure of a SNARE complex involved in synaptic exocytosis at 2.4 A resolution". Nature. 395 (6700): 347–353. doi:10.1038/26412. ISSN 0028-0836. PMID 9759724. S2CID 1815214.
  5. ^ McMahon, Harvey T.; Südhof, Thomas C. (1995-02-03). "Synaptic Core Complex of Synaptobrevin, Syntaxin, and SNAP25 Forms High Affinity -SNAP Binding Site". Journal of Biological Chemistry. 270 (5): 2213–2217. doi:10.1074/jbc.270.5.2213. ISSN 0021-9258. PMID 7836452.
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  8. ^ Söllner, Thomas; Whiteheart, Sidney W.; Brunner, Michael; Erdjument-Bromage, Hediye; Geromanos, Scott; Tempst, Paul; Rothman, James E. (March 1993). "SNAP receptors implicated in vesicle targeting and fusion". Nature. 362 (6418): 318–324. doi:10.1038/362318a0. ISSN 1476-4687. PMID 8455717. S2CID 4366054.
  9. ^ Chang, Sunghoe; Girod, Romain; Morimoto, Takako; O’Donoghue, Michael; Popov, Sergey (1998). "Constitutive Secretion of Exogenous Neurotransmitter by Nonneuronal Cells: Implications for Neuronal Secretion". Biophysical Journal. 75 (3): 1354–1364. doi:10.1016/s0006-3495(98)74053-6. PMC 1299809. PMID 9726936.
  10. ^ a b Katz, L.; Brennwald, P. (November 2000). "Testing the 3Q:1R "rule": mutational analysis of the ionic "zero" layer in the yeast exocytic SNARE complex reveals no requirement for arginine". Molecular Biology of the Cell. 11 (11): 3849–3858. doi:10.1091/mbc.11.11.3849. ISSN 1059-1524. PMC 15041. PMID 11071911.
  11. ^ a b Graf, Carmen T.; Riedel, Dietmar; Schmitt, Hans Dieter; Jahn, Reinhard (2005-05-01). "Identification of Functionally Interacting SNAREs by Using Complementary Substitutions in the Conserved '0' Layer". Molecular Biology of the Cell. 16 (5): 2263–2274. doi:10.1091/mbc.e04-09-0830. ISSN 1059-1524. PMC 1087233. PMID 15728725.