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-基本情報
登録情報 | データベース: EMDB / ID: EMD-23013 | |||||||||||||||
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タイトル | Human mitochondrial LONP1 in complex with Bortezomib | |||||||||||||||
マップデータ | Composite stitched map of human LONP1 in complex with Bortezomib | |||||||||||||||
試料 |
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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 | |||||||||||||||
生物種 | Homo sapiens (ヒト) / Escherichia coli BL21(DE3) (大腸菌) | |||||||||||||||
手法 | 単粒子再構成法 / クライオ電子顕微鏡法 / 解像度: 3.2 Å | |||||||||||||||
データ登録者 | Shin M / Watson ER / Song AS / Mindrebo JT / Novick SR / Griffin P / Wiseman RL / Lander GC | |||||||||||||||
資金援助 | 米国, 4件
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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 |
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-構造の表示
ムービー |
ムービービューア |
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構造ビューア | EMマップ: SurfViewMolmilJmol/JSmol |
添付画像 |
-ダウンロードとリンク
-EMDBアーカイブ
マップデータ | emd_23013.map.gz | 83.6 MB | EMDBマップデータ形式 | |
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ヘッダ (付随情報) | emd-23013-v30.xml emd-23013.xml | 31.6 KB 31.6 KB | 表示 表示 | EMDBヘッダ |
FSC (解像度算出) | emd_23013_fsc.xml emd_23013_fsc_2.xml | 13.1 KB 13.1 KB | 表示 表示 | FSCデータファイル |
画像 | emd_23013.png | 95.3 KB | ||
マスクデータ | emd_23013_msk_1.map emd_23013_msk_2.map | 91.1 MB 91.1 MB | マスクマップ | |
その他 | emd_23013_additional_1.map.gz emd_23013_additional_2.map.gz emd_23013_half_map_1.map.gz emd_23013_half_map_2.map.gz | 79.5 MB 79.5 MB 71.5 MB 71.3 MB | ||
アーカイブディレクトリ | http://ftp.pdbj.org/pub/emdb/structures/EMD-23013 ftp://ftp.pdbj.org/pub/emdb/structures/EMD-23013 | HTTPS FTP |
-検証レポート
文書・要旨 | emd_23013_validation.pdf.gz | 920.1 KB | 表示 | EMDB検証レポート |
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文書・詳細版 | emd_23013_full_validation.pdf.gz | 919.7 KB | 表示 | |
XML形式データ | emd_23013_validation.xml.gz | 17.1 KB | 表示 | |
CIF形式データ | emd_23013_validation.cif.gz | 22.1 KB | 表示 | |
アーカイブディレクトリ | https://ftp.pdbj.org/pub/emdb/validation_reports/EMD-23013 ftp://ftp.pdbj.org/pub/emdb/validation_reports/EMD-23013 | HTTPS FTP |
-関連構造データ
-リンク
EMDBのページ | EMDB (EBI/PDBe) / EMDataResource |
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「今月の分子」の関連する項目 |
-マップ
ファイル | ダウンロード / ファイル: emd_23013.map.gz / 形式: CCP4 / 大きさ: 15.6 MB / タイプ: IMAGE STORED AS FLOATING POINT NUMBER (4 BYTES) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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注釈 | Composite stitched map of human LONP1 in complex with Bortezomib | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
投影像・断面図 | 画像のコントロール
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 |
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対称性 | 空間群: 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
詳細 | EMDB XML:
CCP4マップ ヘッダ情報:
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-添付データ
-マスク #1
ファイル | emd_23013_msk_1.map | ||||||||||||
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投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-マスク #2
ファイル | emd_23013_msk_2.map | ||||||||||||
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投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: Half-map of protease reconstruction used in composite stitched...
ファイル | emd_23013_additional_1.map | ||||||||||||
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注釈 | Half-map of protease reconstruction used in composite stitched map of human LONP1 in complex with Bortezomib | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: Half-map of protease reconstruction used in composite stitched...
ファイル | emd_23013_additional_2.map | ||||||||||||
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注釈 | Half-map of protease reconstruction used in composite stitched map of human LONP1 in complex with Bortezomib | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-ハーフマップ: Half-map of ATPase reconstruction used in composite stitched...
ファイル | emd_23013_half_map_1.map | ||||||||||||
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注釈 | Half-map of ATPase reconstruction used in composite stitched map of human LONP1 in complex with Bortezomib | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-ハーフマップ: Half-map of ATPase reconstruction used in composite stitched...
ファイル | emd_23013_half_map_2.map | ||||||||||||
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注釈 | Half-map of ATPase reconstruction used in composite stitched map of human LONP1 in complex with Bortezomib | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-試料の構成要素
-全体 : Human mitochondrial LONP1 in complex with Bortezomib
全体 | 名称: Human mitochondrial LONP1 in complex with Bortezomib |
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要素 |
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-超分子 #1: Human mitochondrial LONP1 in complex with Bortezomib
超分子 | 名称: Human mitochondrial LONP1 in complex with Bortezomib タイプ: complex / ID: 1 / 親要素: 0 / 含まれる分子: #1-#2 詳細: Complexes consisting of homohexameric LONP1 protease from Homo sapiens bound to endogenous co-purified substrate and Bortezomib. |
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由来(天然) | 生物種: Homo sapiens (ヒト) / Organelle: Mitochondria / 細胞中の位置: Matrix |
組換発現 | 生物種: Escherichia coli BL21(DE3) (大腸菌) / 組換株: Rosetta 2(DE3)pLysS / 組換プラスミド: pET20b |
分子量 | 理論値: 462 KDa |
-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: 6 / 光学異性体: LEVO / EC番号: endopeptidase La |
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由来(天然) | 生物種: Homo sapiens (ヒト) |
分子量 | 理論値: 59.314016 KDa |
組換発現 | 生物種: Escherichia coli BL21(DE3) (大腸菌) |
配列 | 文字列: KDAIEEKFRE RLKELVVPKH VMDVVDEELS KLGLLDNHSS EFNVTRNYLD WLTSIPWGKY SNENLDLARA QAVLEEDHYG MEDVKKRIL EFIAVSQLRG STQGKILCFY GPPGVGKTSI ARSIARALNR EYFRFSVGGM TDVAEIKGHR RTYVGAMPGK I IQCLKKTK ...文字列: KDAIEEKFRE RLKELVVPKH VMDVVDEELS KLGLLDNHSS EFNVTRNYLD WLTSIPWGKY SNENLDLARA QAVLEEDHYG MEDVKKRIL EFIAVSQLRG STQGKILCFY GPPGVGKTSI ARSIARALNR EYFRFSVGGM TDVAEIKGHR RTYVGAMPGK I IQCLKKTK TENPLILIDE VDKIGRGYQG DPSSALLELL DPEQNANFLD HYLDVPVDLS KVLFICTANV TDTIPEPLRD RM EMINVSG YVAQEKLAIA ERYLVPQARA LCGLDESKAK LSSDVLTLLI KQYCRESGVR NLQKQVEKVL RKSAYKIVSG EAE SVEVTP ENLQDFVGKP VFTVERMYDV TPPGVVMGLA WTAMGGSTLF VETSLRRPQD KDAKGDKDGS LEVTGQLGEV MKES ARIAY TFARAFLMQH APANDYLVTS HIHLHVPEGA TPKDGPSAGC TIVTALLSLA MGRPVRQNLA MTGEVSLTGK ILPVG GIKE KTIAAKRAGV TCIVLPAENK KDFYDLAAFI TEGLEVHFVE HYREIFDIAF |
-分子 #2: Endogenous co-purified substrate
分子 | 名称: Endogenous co-purified substrate / タイプ: protein_or_peptide / ID: 2 / コピー数: 1 / 光学異性体: LEVO |
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由来(天然) | 生物種: Escherichia coli BL21(DE3) (大腸菌) / 株: Rosetta 2(DE3)pLysS |
分子量 | 理論値: 1.039273 KDa |
組換発現 | 生物種: Escherichia coli BL21(DE3) (大腸菌) |
配列 | 文字列: (UNK)(UNK)(UNK)(UNK)(UNK)(UNK)(UNK)(UNK)(UNK)(UNK) (UNK)(UNK) |
-分子 #3: ADENOSINE-5'-TRIPHOSPHATE
分子 | 名称: ADENOSINE-5'-TRIPHOSPHATE / タイプ: ligand / ID: 3 / コピー数: 4 / 式: ATP |
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分子量 | 理論値: 507.181 Da |
Chemical component information | ChemComp-ATP: |
-分子 #4: MAGNESIUM ION
分子 | 名称: MAGNESIUM ION / タイプ: ligand / ID: 4 / コピー数: 4 / 式: MG |
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分子量 | 理論値: 24.305 Da |
-分子 #5: N-[(1R)-1-(DIHYDROXYBORYL)-3-METHYLBUTYL]-N-(PYRAZIN-2-YLCARBONYL...
分子 | 名称: N-[(1R)-1-(DIHYDROXYBORYL)-3-METHYLBUTYL]-N-(PYRAZIN-2-YLCARBONYL)-L-PHENYLALANINAMIDE タイプ: ligand / ID: 5 / コピー数: 6 / 式: BO2 |
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分子量 | 理論値: 384.237 Da |
Chemical component information | ChemComp-BO2: |
-分子 #6: ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE
分子 | 名称: ADENOSINE-5'-DIPHOSPHATE / タイプ: ligand / ID: 6 / コピー数: 2 / 式: ADP |
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分子量 | 理論値: 427.201 Da |
Chemical component information | ChemComp-ADP: |
-実験情報
-構造解析
手法 | クライオ電子顕微鏡法 |
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解析 | 単粒子再構成法 |
試料の集合状態 | particle |
-試料調製
濃度 | 2.5 mg/mL | |||||||||||||||||||||
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緩衝液 | pH: 8 構成要素:
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 at 37 degrees C for 30 minutes ...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 at 37 degrees C for 30 minutes to ensure Bortezomib binding. Additional ATP was added to the sample mix on ice 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 - 雰囲気: OTHER | |||||||||||||||||||||
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. |
-電子顕微鏡法
顕微鏡 | FEI TALOS ARCTICA |
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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 - サンプリング間隔: 5.0 µm / デジタル化 - 画像ごとのフレーム数: 0-51 / 撮影したグリッド数: 1 / 実像数: 4774 / 平均露光時間: 10.4 sec. / 平均電子線量: 50.0 e/Å2 詳細: Images were collected in counting mode at 5 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 |
+画像解析
-原子モデル構築 1
詳細 | Initial homology model was built using SWISS-MODEL and initial rigid body docking was done using UCSF Chimera. |
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精密化 | 空間: REAL / プロトコル: AB INITIO MODEL / 温度因子: 52 / 当てはまり具合の基準: Correlation coefficient |
得られたモデル | PDB-7krz: |