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タイトルA hybrid approach reveals the allosteric regulation of GTP cyclohydrolase I.
ジャーナル・号・ページProc Natl Acad Sci U S A, Vol. 117, Issue 50, Page 31838-31849, Year 2020
掲載日2020年12月15日
著者Rebecca Ebenhoch / Simone Prinz / Susann Kaltwasser / Deryck J Mills / Robert Meinecke / Martin Rübbelke / Dirk Reinert / Margit Bauer / Lisa Weixler / Markus Zeeb / Janet Vonck / Herbert Nar /
PubMed 要旨Guanosine triphosphate (GTP) cyclohydrolase I (GCH1) catalyzes the conversion of GTP to dihydroneopterin triphosphate (H2NTP), the initiating step in the biosynthesis of tetrahydrobiopterin (BH4). ...Guanosine triphosphate (GTP) cyclohydrolase I (GCH1) catalyzes the conversion of GTP to dihydroneopterin triphosphate (H2NTP), the initiating step in the biosynthesis of tetrahydrobiopterin (BH4). Besides other roles, BH4 functions as cofactor in neurotransmitter biosynthesis. The BH4 biosynthetic pathway and GCH1 have been identified as promising targets to treat pain disorders in patients. The function of mammalian GCH1s is regulated by a metabolic sensing mechanism involving a regulator protein, GCH1 feedback regulatory protein (GFRP). GFRP binds to GCH1 to form inhibited or activated complexes dependent on availability of cofactor ligands, BH4 and phenylalanine, respectively. We determined high-resolution structures of human GCH1-GFRP complexes by cryoelectron microscopy (cryo-EM). Cryo-EM revealed structural flexibility of specific and relevant surface lining loops, which previously was not detected by X-ray crystallography due to crystal packing effects. Further, we studied allosteric regulation of isolated GCH1 by X-ray crystallography. Using the combined structural information, we are able to obtain a comprehensive picture of the mechanism of allosteric regulation. Local rearrangements in the allosteric pocket upon BH4 binding result in drastic changes in the quaternary structure of the enzyme, leading to a more compact, tense form of the inhibited protein, and translocate to the active site, leading to an open, more flexible structure of its surroundings. Inhibition of the enzymatic activity is not a result of hindrance of substrate binding, but rather a consequence of accelerated substrate binding kinetics as shown by saturation transfer difference NMR (STD-NMR) and site-directed mutagenesis. We propose a dissociation rate controlled mechanism of allosteric, noncompetitive inhibition.
リンクProc Natl Acad Sci U S A / PubMed:33229582 / PubMed Central
手法EM (単粒子) / X線回折
解像度1.726 - 3.0 Å
構造データ

EMDB-11113, PDB-6z80:
stimulatory human GTP cyclohydrolase I - GFRP complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

EMDB-11114, PDB-6z85:
inhibitory human GTP cyclohydrolase I - GFRP complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.9 Å

PDB-6z86:
human GTP cyclohydrolase I in complex with 7-deaza-GTP
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.206 Å

PDB-6z87:
human GTP cyclohydrolase I
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.564 Å

PDB-6z88:
human GTP cyclohydrolase I in complex with allosteric inhibitor
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.687 Å

PDB-6z89:
human GTP cyclohydrolase I in complex with allosteric inhibitor
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.366 Å

PDB-7acc:
human GTP cyclohydrolase I feedback regulatory protein (GFRP)
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.04 Å

PDB-7al9:
human GTP cyclohydrolase I feedback regulatory protein (GFRP) in complex with phenylalanine
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 1.745 Å

PDB-7ala:
human GCH-GFRP inhibitory complex
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 1.846 Å

PDB-7alb:
human GCH-GFRP stimulatory complex 7-deaza-GTP bound
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 1.979 Å

PDB-7alc:
human GCH-GFRP stimulatory complex
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 1.726 Å

化合物

ChemComp-ZN:
Unknown entry

ChemComp-PHE:
PHENYLALANINE / フェニルアラニン

ChemComp-8GT:
8-OXO-GUANOSINE-5'-TRIPHOSPHATE / 8-オキソ-GTP

ChemComp-HBI:
7,8-DIHYDROBIOPTERIN / 7,8-ジヒドロビオプテリン

ChemComp-QBQ:
7-deaza-GTP / 7-デアザ-GTP

ChemComp-HOH:
WATER

ChemComp-QBK:
5-azanyl-[1,3]thiazolo[5,4-d]pyrimidine-2,7-dione

ChemComp-K:
Unknown entry / カリウムカチオン

ChemComp-5RW:
2-azanyl-8-[(4-fluorophenyl)methylsulfanyl]-1,7-dihydropurin-6-one

ChemComp-NA:
Unknown entry / ナトリウムカチオン

由来
  • homo sapiens (ヒト)
キーワードHYDROLASE / GTP cyclohydrolase GFTP / I / EC:3.5.4.16 / Tetrahydrobiopterin (BH4) synthesis / Cytosol / Zinc Ion Binding / Hydrolase Activity / Metal Ion Binding / Nucleotide Binding / allosteric enzyme / substrate analogue bound / allosteric inhibited / GTP cyclohydrolase I / allosteric inhibitor / PROTEIN BINDING / GTP cyclohydrolase 1 feedback regulatory protein / regulatory protein / L-phenylalanine binding (Phe) synthesis allosteric regulation / GTP cyclohydrolase 1 / GTPCH1 / GTP cyclohydrolase I regulatory protein / GFRP / allosteric regulation / complex / allosteric regulator

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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://pdbjlvh1.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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