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万見
- EMDB-23019: Substrate-free human mitochondrial LONP1 -

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基本情報

登録情報
データベース: EMDB / ID: EMD-23019
タイトルSubstrate-free human mitochondrial LONP1
マップデータSubstrate-free human mitochondrial LONP1
試料
  • 複合体: Substrate-free human mitochondrial LONP1
    • タンパク質・ペプチド: Lon protease homolog, mitochondrial
  • リガンド: ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE
キーワードAAA+ / ATPase / protease / mitochondrial / LONP1 / LON / HYDROLASE
機能・相同性
機能・相同性情報


oxidation-dependent protein catabolic process / PH domain binding / mitochondrial protein catabolic process / G-quadruplex DNA binding / endopeptidase La / mitochondrial DNA metabolic process / mitochondrial genome maintenance / ATP-dependent peptidase activity / protein quality control for misfolded or incompletely synthesized proteins / mitochondrial nucleoid ...oxidation-dependent protein catabolic process / PH domain binding / mitochondrial protein catabolic process / G-quadruplex DNA binding / endopeptidase La / mitochondrial DNA metabolic process / mitochondrial genome maintenance / ATP-dependent peptidase activity / protein quality control for misfolded or incompletely synthesized proteins / mitochondrial nucleoid / insulin receptor substrate binding / chaperone-mediated protein complex assembly / DNA polymerase binding / regulation of peptidyl-tyrosine phosphorylation / negative regulation of insulin receptor signaling pathway / Mitochondrial protein degradation / proteolysis involved in protein catabolic process / mitochondrion organization / ADP binding / protein catabolic process / single-stranded DNA binding / cellular response to oxidative stress / sequence-specific DNA binding / single-stranded RNA binding / response to hypoxia / mitochondrial matrix / serine-type endopeptidase activity / ATP hydrolysis activity / mitochondrion / nucleoplasm / ATP binding / identical protein binding / membrane / cytosol
類似検索 - 分子機能
Lon protease homologue, chloroplastic/mitochondrial / Lon protease, bacterial/eukaryotic-type / Lon protease AAA+ ATPase lid domain / Peptidase S16, active site / ATP-dependent serine proteases, lon family, serine active site. / Lon proteolytic domain profile. / Peptidase S16, Lon proteolytic domain / Lon protease / Lon protease (S16) C-terminal proteolytic domain / Lon N-terminal domain profile. ...Lon protease homologue, chloroplastic/mitochondrial / Lon protease, bacterial/eukaryotic-type / Lon protease AAA+ ATPase lid domain / Peptidase S16, active site / ATP-dependent serine proteases, lon family, serine active site. / Lon proteolytic domain profile. / Peptidase S16, Lon proteolytic domain / Lon protease / Lon protease (S16) C-terminal proteolytic domain / Lon N-terminal domain profile. / Lon protease, N-terminal domain / Lon protease, N-terminal domain superfamily / ATP-dependent protease La (LON) substrate-binding domain / Found in ATP-dependent protease La (LON) / PUA-like superfamily / ATPase family associated with various cellular activities (AAA) / ATPase, AAA-type, core / Ribosomal protein S5 domain 2-type fold, subgroup / Ribosomal protein S5 domain 2-type fold / ATPases associated with a variety of cellular activities / AAA+ ATPase domain / P-loop containing nucleoside triphosphate hydrolase
類似検索 - ドメイン・相同性
Lon protease homolog, mitochondrial
類似検索 - 構成要素
生物種Homo sapiens (ヒト)
手法単粒子再構成法 / クライオ電子顕微鏡法 / 解像度: 3.5 Å
データ登録者Shin M / Watson ER
資金援助 米国, 4件
OrganizationGrant number国
National Institutes of Health/National Institute on Aging (NIH/NIA)AG067594 米国
National Institutes of Health/National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NIH/NINDS)NS095892 米国
National Institutes of Health/National Institute on Aging (NIH/NIA)AG061697 米国
National Institutes of Health/Office of the DirectorS10OD021634 米国
引用ジャーナル: Nat Commun / 年: 2021
タイトル: Structures of the human LONP1 protease reveal regulatory steps involved in protease activation.
著者: Mia Shin / Edmond R Watson / Albert S Song / Jeffrey T Mindrebo / Scott J Novick / Patrick R Griffin / R Luke Wiseman / Gabriel C Lander /
要旨: The human mitochondrial AAA+ protein LONP1 is a critical quality control protease involved in regulating diverse aspects of mitochondrial biology including proteostasis, electron transport chain ...The human mitochondrial AAA+ protein LONP1 is a critical quality control protease involved in regulating diverse aspects of mitochondrial biology including proteostasis, electron transport chain activity, and mitochondrial transcription. As such, genetic or aging-associated imbalances in LONP1 activity are implicated in pathologic mitochondrial dysfunction associated with numerous human diseases. Despite this importance, the molecular basis for LONP1-dependent proteolytic activity remains poorly defined. Here, we solved cryo-electron microscopy structures of human LONP1 to reveal the underlying molecular mechanisms governing substrate proteolysis. We show that, like bacterial Lon, human LONP1 adopts both an open and closed spiral staircase orientation dictated by the presence of substrate and nucleotide. Unlike bacterial Lon, human LONP1 contains a second spiral staircase within its ATPase domain that engages substrate as it is translocated toward the proteolytic chamber. Intriguingly, and in contrast to its bacterial ortholog, substrate binding within the central ATPase channel of LONP1 alone is insufficient to induce the activated conformation of the protease domains. To successfully induce the active protease conformation in substrate-bound LONP1, substrate binding within the protease active site is necessary, which we demonstrate by adding bortezomib, a peptidomimetic active site inhibitor of LONP1. These results suggest LONP1 can decouple ATPase and protease activities depending on whether AAA+ or both AAA+ and protease domains bind substrate. Importantly, our structures provide a molecular framework to define the critical importance of LONP1 in regulating mitochondrial proteostasis in health and disease.
履歴
登録2020年11月23日-
ヘッダ(付随情報) 公開2020年12月9日-
マップ公開2020年12月9日-
更新2024年5月29日-
現状2024年5月29日処理サイト: RCSB / 状態: 公開

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構造の表示

ムービー
  • 表面図（断面を密度値に従い着色）
  • 表面レベル: 3.11
  • UCSF Chimeraによる作画
  • ダウンロード
  • 表面図（円筒半径に従い着色）
  • 表面レベル: 3.11
  • UCSF Chimeraによる作画
  • ダウンロード
  • あてはめたモデルとの重ね合わせ
  • 原子モデル: PDB-7ksl
  • 表面レベル: 2.5
  • UCSF Chimeraによる作画
  • ダウンロード
ムービービューア
構造ビューアEMマップ:
SurfViewMolmilJmol/JSmol
添付画像

emd_23019.png

ダウンロードとリンク

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マップ

ファイルダウンロード / ファイル: emd_23019.map.gz / 形式: CCP4 / 大きさ: 15.6 MB / タイプ: IMAGE STORED AS FLOATING POINT NUMBER (4 BYTES)
注釈Substrate-free human mitochondrial LONP1
投影像・断面図

画像のコントロール

大きさ
明度
コントラスト
その他
軸Z (Sec.)Y (Row.)X (Col.)
1.15 Å/pix.
x 160 pix.
= 184. Å		1.15 Å/pix.
x 160 pix.
= 184. Å		1.15 Å/pix.
x 160 pix.
= 184. Å

表面

投影像

断面 (1/3)

断面 (1/2)

断面 (2/3)

画像は Spider により作成

ボクセルのサイズX=Y=Z: 1.15 Å
密度

ヒストグラム

ヒストグラム (対数)
表面レベル登録者による: 3.11 / ムービー #1: 3.11
最小 - 最大-6.979902 - 14.712806
平均 (標準偏差)0.0450358 (±1.0)
対称性空間群: 1
詳細

EMDB XML:

マップ形状
Axis orderXYZ
Origin000
サイズ160160160
Spacing160160160
セルA=B=C: 184.0 Å
α=β=γ: 90.0 °

CCP4マップ ヘッダ情報:

modeImage stored as Reals
Å/pix. X/Y/Z1.151.151.15
M x/y/z160160160
origin x/y/z0.0000.0000.000
length x/y/z184.000184.000184.000
α/β/γ90.00090.00090.000
start NX/NY/NZ158149174
NX/NY/NZ205194166
MAP C/R/S123
start NC/NR/NS000
NC/NR/NS160160160
D min/max/mean-6.98014.7130.045

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添付データ

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マスク #1

ファイルemd_23019_msk_1.map
投影像・断面図
軸ZYX

投影像

断面 (1/2)
密度ヒストグラム

ヒストグラム

ヒストグラム (対数)

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ハーフマップ: Half-map of substrate-free human mitochondrial LONP1

ファイルemd_23019_half_map_1.map
注釈Half-map of substrate-free human mitochondrial LONP1
投影像・断面図
軸ZYX

投影像

断面 (1/2)
密度ヒストグラム

ヒストグラム

ヒストグラム (対数)

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ハーフマップ: Half-map of substrate-free human mitochondrial LONP1

ファイルemd_23019_half_map_2.map
注釈Half-map of substrate-free human mitochondrial LONP1
投影像・断面図
軸ZYX

投影像

断面 (1/2)
密度ヒストグラム

ヒストグラム

ヒストグラム (対数)

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試料の構成要素

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全体 : Substrate-free human mitochondrial LONP1

全体名称: Substrate-free human mitochondrial LONP1
要素
  • 複合体: Substrate-free human mitochondrial LONP1
    • タンパク質・ペプチド: Lon protease homolog, mitochondrial
  • リガンド: ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE

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超分子 #1: Substrate-free human mitochondrial LONP1

超分子名称: Substrate-free human mitochondrial LONP1 / タイプ: complex / ID: 1 / 親要素: 0 / 含まれる分子: #1
詳細: Complexes consisting of homohexameric LONP1 protease from Homo sapiens
由来(天然)生物種: Homo sapiens (ヒト) / Organelle: Mitochondria / 細胞中の位置: Matrix
分子量理論値: 462 KDa

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分子 #1: Lon protease homolog, mitochondrial

分子名称: Lon protease homolog, mitochondrial / タイプ: protein_or_peptide / ID: 1 / コピー数: 5 / 光学異性体: LEVO / EC番号: endopeptidase La
由来(天然)生物種: Homo sapiens (ヒト)
分子量理論値: 58.498098 KDa
組換発現生物種: Escherichia coli BL21(DE3) (大腸菌)
配列文字列: FRERLKELVV PKHVMDVVDE ELSKLGLLDN HSSEFNVTRN YLDWLTSIPW GKYSNENLDL ARAQAVLEED HYGMEDVKKR ILEFIAVSQ LRGSTQGKIL CFYGPPGVGK TSIARSIARA LNREYFRFSV GGMTDVAEIK GHRRTYVGAM PGKIIQCLKK T KTENPLIL ...文字列:
FRERLKELVV PKHVMDVVDE ELSKLGLLDN HSSEFNVTRN YLDWLTSIPW GKYSNENLDL ARAQAVLEED HYGMEDVKKR ILEFIAVSQ LRGSTQGKIL CFYGPPGVGK TSIARSIARA LNREYFRFSV GGMTDVAEIK GHRRTYVGAM PGKIIQCLKK T KTENPLIL IDEVDKIGRG YQGDPSSALL ELLDPEQNAN FLDHYLDVPV DLSKVLFICT ANVTDTIPEP LRDRMEMINV SG YVAQEKL AIAERYLVPQ ARALCGLDES KAKLSSDVLT LLIKQYCRES GVRNLQKQVE KVLRKSAYKI VSGEAESVEV TPE NLQDFV GKPVFTVERM YDVTPPGVVM GLAWTAMGGS TLFVETSLRR PQDKDAKGDK DGSLEVTGQL GEVMKESARI AYTF ARAFL MQHAPANDYL VTSHIHLHVP EGATPKDGPS AGCTIVTALL SLAMGRPVRQ NLAMTGEVSL TGKILPVGGI KEKTI AAKR AGVTCIVLPA ENKKDFYDLA AFITEGLEVH FVEHYREIFD IAF

UniProtKB: Lon protease homolog, mitochondrial

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分子 #2: ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE

分子名称: ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE / タイプ: ligand / ID: 2 / コピー数: 5 / 式: ADP
分子量理論値: 427.201 Da
Chemical component information

ChemComp-ADP:
ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE / ADP / ADP, エネルギー貯蔵分子*YM

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実験情報

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構造解析

手法クライオ電子顕微鏡法
解析単粒子再構成法
試料の集合状態particle

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試料調製

濃度2.5 mg/mL
緩衝液pH: 8
構成要素:
濃度式名称
50.0 mMTrisTris Base
75.0 mMKClPotassium Chloride
10.0 mMMgCl2Magnesium Chloride
1.0 mMTCEPTCEP
1.0 mMATPAdenosine Triphosphate
0.263 mMBO2Bortezomib

詳細: Solutions were made fresh from concentrated and filtered using a 0.1 um syringe filter to avoid microbial contamination. Samples were mixed on ice and incubated for 5 minutes prior to vitrification.
グリッドモデル: UltrAuFoil R1.2/1.3 / 材質: GOLD / メッシュ: 300 / 前処理 - タイプ: PLASMA CLEANING / 前処理 - 時間: 7 sec. / 前処理 - 雰囲気: OTHER
詳細: EM grids were plasma cleaned prior to sample application for 7 seconds using a Solarus plasma cleaner (Gatan, Inc.) with a 75% nitrogen, 25% oxygen atmosphere at 15W.
凍結凍結剤: ETHANE / チャンバー内湿度: 95 % / チャンバー内温度: 277 K / 装置: HOMEMADE PLUNGER
詳細: 4 uL of sample was applied per grid and manually blotted for 4 seconds followed by immediately plunge-freezing in liquid ethane cooled by liquid nitrogen..
詳細This sample was monodisperse

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電子顕微鏡法

顕微鏡FEI TALOS ARCTICA
温度最低: 80.0 K / 最高: 90.0 K
アライメント法Coma free - Residual tilt: 0.14 mrad
詳細Coma-free alignment procedure from Herzik & Wu, Nature Methods (2017). Preliminary grid screening was performed manually prior to data collection.
撮影フィルム・検出器のモデル: GATAN K2 SUMMIT (4k x 4k)
検出モード: COUNTING / デジタル化 - サイズ - 横: 3710 pixel / デジタル化 - サイズ - 縦: 3838 pixel / デジタル化 - 画像ごとのフレーム数: 0-113 / 撮影したグリッド数: 1 / 実像数: 2912 / 平均露光時間: 11.4 sec. / 平均電子線量: 50.0 e/Å2
詳細: Images were collected in counting mode at 10 frames per second.
電子線加速電圧: 200 kV / 電子線源: FIELD EMISSION GUN
電子光学系C2レンズ絞り径: 70.0 µm / 最大 デフォーカス（補正後）: 1.5 µm / 最小 デフォーカス（補正後）: 0.5 µm / 倍率（補正後）: 43478 / 照射モード: FLOOD BEAM / 撮影モード: BRIGHT FIELD / Cs: 2.7 mm / 最大 デフォーカス（公称値）: 1.2 µm / 最小 デフォーカス（公称値）: 0.8 µm / 倍率（公称値）: 36000
試料ステージ試料ホルダーモデル: FEI TITAN KRIOS AUTOGRID HOLDER
ホルダー冷却材: NITROGEN
実験機器
モデル: Talos Arctica / 画像提供: FEI Company

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画像解析

粒子像選択選択した数: 564930
初期モデルモデルのタイプ: OTHER
詳細: A low-resolution negative stain reconstruction of Human mitochondrial LONP1 was used as an initial model.
最終 再構成使用したクラス数: 2 / 解像度のタイプ: BY AUTHOR / 解像度: 3.5 Å / 解像度の算出法: FSC 0.143 CUT-OFF / ソフトウェア - 名称: RELION (ver. 3.1)
ソフトウェア - 詳細: RELION 3.1 was used to perform final reconstruction
使用した粒子像数: 83162
初期 角度割当タイプ: MAXIMUM LIKELIHOOD / ソフトウェア - 名称: RELION (ver. 3.1)
ソフトウェア - 詳細: RELION 3.1 was used to assign initial euler angles
最終 角度割当タイプ: MAXIMUM LIKELIHOOD / ソフトウェア - 名称: RELION (ver. 3.1)
ソフトウェア - 詳細: RELION 3.1 was used to assign final euler angles
詳細: RELION 3.1 was used to assign initial angles
最終 3次元分類クラス数: 3 / 平均メンバー数/クラス: 100000 / ソフトウェア - 名称: RELION (ver. 3.1)
ソフトウェア - 詳細: RELION 3.1 was used to perform final classification
詳細: The final 3D classification had an somewhat asymmetric distribution owing to preferred specimen orientation due to differential interactions with the air-water interface
FSC曲線 (解像度の算出)

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原子モデル構築 1

詳細Initial rigid body docking was done using UCSF Chimera.
精密化空間: REAL / プロトコル: AB INITIO MODEL / 温度因子: 30 / 当てはまり具合の基準: Correlation coefficient
得られたモデル

PDB-7ksl:
Substrate-free human mitochondrial LONP1

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万見について

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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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万見 (Yorodumi)

幾万の構造データを、幾万の視点から

  • 万見(Yorodumi)は、EMDB/PDB/SASBDBなどの構造データを閲覧するためのページです。
  • EM Navigatorの詳細ページの後継、Omokage検索のフロントエンドも兼ねています。

関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 3つのデータバンクの比較 / 万見検索 / 2016年8月31日: 新しいEM Navigatorと万見 / 万見文献 / Jmol/JSmol / 機能・相同性情報 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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