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タイトルConformation space of a heterodimeric ABC exporter under turnover conditions.
ジャーナル・号・ページNature, Vol. 571, Issue 7766, Page 580-583, Year 2019
掲載日2019年7月17日
著者Susanne Hofmann / Dovile Januliene / Ahmad R Mehdipour / Christoph Thomas / Erich Stefan / Stefan Brüchert / Benedikt T Kuhn / Eric R Geertsma / Gerhard Hummer / Robert Tampé / Arne Moeller /
PubMed 要旨Cryo-electron microscopy (cryo-EM) has the capacity to capture molecular machines in action. ATP-binding cassette (ABC) exporters are highly dynamic membrane proteins that extrude a wide range of ...Cryo-electron microscopy (cryo-EM) has the capacity to capture molecular machines in action. ATP-binding cassette (ABC) exporters are highly dynamic membrane proteins that extrude a wide range of substances from the cytosol and thereby contribute to essential cellular processes, adaptive immunity and multidrug resistance. Despite their importance, the coupling of nucleotide binding, hydrolysis and release to the conformational dynamics of these proteins remains poorly resolved, especially for heterodimeric and/or asymmetric ABC exporters that are abundant in humans. Here we present eight high-resolution cryo-EM structures that delineate the full functional cycle of an asymmetric ABC exporter in a lipid environment. Cryo-EM analysis under active turnover conditions reveals distinct inward-facing (IF) conformations-one of them with a bound peptide substrate-and previously undescribed asymmetric post-hydrolysis states with dimerized nucleotide-binding domains and a closed extracellular gate. By decreasing the rate of ATP hydrolysis, we could capture an outward-facing (OF) open conformation-an otherwise transient state vulnerable to substrate re-entry. The ATP-bound pre-hydrolysis and vanadate-trapped states are conformationally equivalent; both comprise co-existing OF conformations with open and closed extracellular gates. By contrast, the post-hydrolysis states from the turnover experiment exhibit asymmetric ATP and ADP occlusion after phosphate release from the canonical site and display a progressive separation of the nucleotide-binding domains and unlocking of the intracellular gate. Our findings reveal that phosphate release, not ATP hydrolysis, triggers the return of the exporter to the IF conformation. By mapping the conformational landscape during active turnover, aided by mutational and chemical modulation of kinetic rates to trap the key intermediates, we resolved fundamental steps of the substrate translocation cycle of asymmetric ABC transporters.
リンクNature / PubMed:31316210 / PubMed Central
手法EM (単粒子)
解像度2.8 - 4.2 Å
構造データ

EMDB-4773, PDB-6raf:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB in inward-facing narrow conformation under turnover conditions
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.8 Å

EMDB-4774, PDB-6rag:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB in inward-facing wide conformation under turnover conditions
手法: EM (単粒子) / 解像度: 4.2 Å

EMDB-4775, PDB-6rah:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB in ATP-bound outward-facing open conformation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.8 Å

EMDB-4776, PDB-6rai:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB in ATP-bound outward-facing occluded conformation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.9 Å

EMDB-4777, PDB-6raj:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB in vanadate trapped outward-facing open conformation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.5 Å

EMDB-4778, PDB-6rak:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB in vanadate trapped outward-facing occluded conformation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.3 Å

EMDB-4779, PDB-6ral:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB under turnover conditions in asymmetric unlocked return conformation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.5 Å

EMDB-4780, PDB-6ram:
Heterodimeric ABC exporter TmrAB under turnover conditions in asymmetric unlocked return conformation with wider opened intracellular gate
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.8 Å

EMDB-4781: Heterodimeric ABC exporter TmrAB with bound peptide substrate in inward-facing wide conformation
PDB-6ran: Heterodimeric ABC exporter TmrAB in inward-facing wide conformation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 4.2 Å

化合物

ChemComp-ATP:
ADENOSINE-5'-TRIPHOSPHATE / ATP / ATP, エネルギー貯蔵分子*YM / アデノシン三リン酸

ChemComp-ADP:
ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE / ADP / ADP, エネルギー貯蔵分子*YM / アデノシン二リン酸

ChemComp-MG:
Unknown entry / マグネシウムジカチオン

ChemComp-HOH:
WATER /

ChemComp-AOV:
ADP ORTHOVANADATE / エネルギー貯蔵分子類似体*YM

由来
  • thermus thermophilus hb27 (サーマス・サーモフィルス)
  • thermus thermophilus (サーマス・サーモフィルス)
  • vicugna pacos (アルパカ)
キーワードTRANSPORT PROTEIN (運搬体タンパク質) / ATP-binding cassette transporter / membrane protein (膜タンパク質) / heterodimer / exporter / ABC transporter / nucleotide binding domains

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月:コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか? / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例:em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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