소바카라 룰의 막을 해독하는 효소의 활성화 메커니즘을 풀기

연구 그룹은 Sasaki Anka, Suzuki Kuniritsu 부교수, 도쿄 대학교 대학원 대학원, 와타나베 야스 노리 (Watanabe Yasunori) 부교수, Yamagata University School of Academic Research (주로 교직원의 교직원), Iwasaki Yurina (주로) 같은 대학교, Chie Motono, Chie, Chie, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소의 세포 및 분자 공학 연구 부서 및 Imai Kenichiro Research Group의 책임자 등인지질ATG15 분해 효소 (주 1)Lipase(주 2)의 활성화 메커니즘이 밝혀졌습니다

인간을 포함한 진핵 생물은 세포 내의 인지질로 구성된 생물학적 막에 의해 분리됩니다Organelle(주 3) 오래된 소바카라 룰입니다Autophagy(주 4)라는 세포 내 분해 시스템에 의해 분해되지만,이를 위해서는 소바카라 룰을 둘러싼 생물학적 막이 먼저 분해되어야합니다

이전 연구는 ATG15를 갖지 않는 세포의 액포 내에서 소화되지 않은 소바카라 룰이 축적된다는 것을 알고 있지만 ATG15가 생물학적 막을 직접 분해하는 활동이 있는지 여부는 밝혀지지 않았다

이번에는 ATG15재조합 단백질많은 양의 많은 양 (주 5) 우리는 정제 된 ATG15가 인지질을 분해하는 활동이 있음을 확인했다 또한, 우리는 단백질 분해 효소로의 처리가 ATG15의 활성을 향상시켜 소바카라 룰을 감싸는 인지질 막을 분해 할 수 있음을 발견 하였다

유일하게 알려진 인지질 분해 효소는 관심있는 인지질을 무차별 적으로 분해하는 것으로 알려져있다 ATG15는 특정 조건 하에서 세포 내 소바카라 룰을 분해하는 활동을 발휘하고 반응 조건을 제어함으로써 특정 소바카라 룰을 저하시키고 CovID-19 및 인플루엔자 바이러스와 유사 할 수 있다는 점에서 새로운 활성을 갖는 효소이다봉투 바이러스(주 6)의 불 활성화에 적용될 것으로 예상됩니다

이 연구 결과는 2023 년 12 월 19 일자였으며 국제 과학 저널 "셀 보고서'에 온라인으로 게시됩니다

<연구 배경>

설탕 효모Saccharomyces cerevisiae(소위 베이커 효모)는 단일 세포 진핵 생물이며 기본 연구에 널리 사용됩니다 인간을 포함한 진핵 생물은 인지질로 구성된 생물학적 막에 의해 세포 내에서 분리 된 소바카라 룰을 갖는다 오래된 소바카라 룰은 액포로 운반되며,자가 포식이라는 세포 내 분해 시스템에 의한 분해를 담당 한 후 분해 된 후 분해된다 소바카라 룰의 내용물을 분해하려면 소바카라 룰을 감싸는 생물학적 막이 먼저 저하되어야합니다 이전의 연구는 ATG15가없는 세포가 액포에 소화되지 않은 소바카라 룰을 축적한다는 것을 알고 있었지만, 소화되지 않은 소바카라 룰을 축적하는 ATG15 돌연변이 체 이외의 돌연변이 체가 있었기 때문에 ATG15가 생물학적 막을 직접 분해하는 활성이 있는지 여부는 밝혀지지 않았다 지금까지 정제 된 ATG15를 사용한 활동을 측정하는 연구는 없으므로 ATG15를 정제하고 활성을 결정하는 목표를 달성했습니다
 

〈Research Contents>

이번에는열성적 인 필라멘트 곰팡이Chaetomium thermophilum(주 7)은 대장균으로부터의 질량에 의해 재조합 단백질로서 성공적으로 정제되었다 (이하는 "재조합 ATG15"라고 함) 연구의 결과로, 재조합 ATG15가 세포 소바카라 룰을 감싸는 생물학적 막을 분해하는 활동을 갖는 것이 처음으로 확인되었다

또한, 프로테아제 K라는 프로테아제로 재조합 ATG15의 처리는 ATG15의 효소 활성을 극적으로 증가시키는 것으로 밝혀졌다 프로테아제 K에 의해 재조합 ATG15를 구성하는 폴리펩티드 사슬 중 하나에서 2 개의 ATG15가 절단되었다폴리펩티드 사슬(주 8)로 나뉘었지만,이 두 폴리펩티드 사슬은 이들을 분리하지 않고 단일 효소로서 작동한다는 것이 밝혀졌다 (이하는 "활성 형태 ATG15") 또한, ATG15의 효소 활성은 산성 조건 하에서 만 검출되었지만 중성 조건 하에서는 검출되지 않았으며, 이는 프로테아제 및 산성 조건에 의한 ATG15 : 절단의 활성화에 적어도 두 가지 조건이 필요하다는 것을 나타낸다 신진 효모에서는 액포 내부에서만이 두 조건을 충족하므로 ATG15는 액포 내에서만 활성화되는 것으로 생각됩니다

그래서 우리는 딥 러닝을 사용하여 단백질의 형태를 예측하는 alphafold2 소프트웨어를 사용하여 예측되었습니다선구자 유형(주 9) ATG15 및 Active ATG15의 구조 사용,분자 역학 시뮬레이션 분석(주 10)가 수행되었습니다 (그림 1)

전구체 ATG15 IS활성 센터(주 11)은 구조물 내부에 묻혔으며 거의 변화가 보이지 않았습니다 이는 표적 인지질이 ATG15의 활성 중심에 결합 할 수 없으며 분해되지 않음을 의미한다 대조적으로, ATG15의 활성 중심 근처의 구조는 유연하게 변했고, 활성 중심이 외부에 노출 된 것으로 관찰되었다 이 상태에서, 그것은 기판 인 인지질에 결합하여 그것을 분해 할 수 있다고 생각된다 프로테아제 K에 의한 ATG15 활성화의 분자 메커니즘의 본질은 ATG15 분자 자체의 유연성을 향상시키고 노출 된 활성 센터를 허용하는 것으로 여겨진다

우리는 재조합 ATG15가 세포 내에서 추출 된 소바카라 룰을 분해 할 수 있는지 여부를 확인했습니다Saccharomyces cerevisiae미토콘드리아(주 12)를 제거하고 활성 ATG15와 반응하고, 미토콘드리아 막 용해되고 미토콘드리아 내부의 단백질이 외부로 누출되었다 또한, 미토콘드리아 이외의 소바카라 룰의 용해도 관찰되었으며, ATG15는 소바카라 룰의 막을 광범위하게 용해시키는 활성을 가지고 있음을 밝혀냈다

ATG15의 활성 형태는 액포라고 불리는 소바카라 룰에 캡슐화되지만, 액포 막은 살아있는 세포 내에서 ATG15에 의해 분해되지 않습니다 우리는 현재이 질문을 해결하기 위해 연구를 수행하고 있습니다

이 연구에서, 도쿄 대학은 세포에서 추출한 소바카라 룰을 사용하여 ATG15 리파제의 활성을 측정하고, Yamagata University는 ATG15 리파제의 구조적 생물학적 분석을 사용했으며 인공 기질의 활성 및 기술 연구소의 기능 분석을 사용하여 분자 시뮬레이션을 사용했습니다
 

<Future Outlook>

이 연구는 ATG15가 인지질을 분해함으로써 소바카라 룰의 막을 용해 함을 밝혀냈다 앞으로 ATG15의 기질 특이성을 조사함으로써, 우리는 특정 소바카라 룰을 표적화하고 분해하는 활성을 제공하기위한 수정이 예상 될 수있다 앞으로, 우리는 Envelope 바이러스를 불 활성화시키기 위해 ATG15를 사용하기 위해 연구를 계속할 것입니다

이 연구는 JST (Japan Science and Technology Agency) 전략적 창의적 연구 촉진 프로젝트 크레스트 연구 영역 "공간 내 역학 (문제 번호 JP201032912)"과 과학 연구를위한 과학 보조금의 홍보 (23K11313, 22K009, 22H0256, 22H02569, 22H0256)의 일본 과학 기술 바카라 룰 (JST) 전략적 창조적 연구 촉진 프로젝트 크레스트 연구 영역의 일환으로 수행되었습니다 21K19205, 21H03551, 20H05313) 이 연구는 또한 Naito Memorial Science Foundation과 일본 의료 연구 개발 바카라 룰 (AMED) 고급 기술 지원 플랫폼 (BINTS) (문제 번호 23AMA121029J0002)의 지원을 받았습니다

(주 1) 인지질 거울

2 개의 지방산 사슬과 인산을 함유하는 극성 그룹이 글리세린의 3 개의 하이드 록실기에 결합되는 지질 생물학적 막을 구성하는 주요 구성 요소입니다[참조로 돌아 가기]

(주 2) Lipase

지질의 에스테르 결합을 가수 분해하는 효소에 대한 일반적인 용어 일반적으로, 그것은 글리세린과 지방산에 의해 결합 된 트리글리세리드를 분해하는 효소를 지칭하지만, 여기서는 생물학적 막의 주요 성분 인 인지질을 가수 분해시키는 효소를 지칭한다[참조로 돌아 가기]

(참고 3) 오르 내성

셀 내에서 특정 기능을 수행하는 생물학적 막으로 나눈 구획 세포 핵, 미토콘드리아, 소포체, 골지 바디 및 액포 (리소좀)가 알려져있다[참조로 돌아 가기]

(주 4) Autophagy

세포질 및 비정상 소바카라 룰 (예 : 비정상 미토콘드리아)이 생물학적 막에 캡슐화 된 후, 액포 (리소좀)로 보내져 탈출하고 재사용하는 메커니즘[참조로 돌아 가기]

(주 5) 재조합 단백질

유전자 재조합 기술을 사용하여 대장균과 같은 미생물에 관심있는 단백질에 대한 유전자를 도입함으로써 합성 된 단백질[참조로 돌아 가기]

(주 6) 봉투 바이러스

소바카라 룰처럼 인지질로 구성된 막에 둘러싸인 바이러스에 대한 일반적인 용어 새로운 코로나 바이러스와 인플루엔자 바이러스는 포위 된 바이러스입니다[참조로 돌아 가기]

(주 7) 열성적 인 필라멘트 곰팡이Chaetomium thermophilum

내열성이 높은 곰팡이 유형 60 ° C의 고온 환경에서도 자랄 수 있습니다 일반적으로, 높은 열 내성 유기체에 의해 소유 된 단백질은 안정적이며 종종 실험에서 사용하기 쉽습니다[참조로 돌아 가기]

(주 8) 폴리펩티드 체인

펩티드 결합을 형성 할 때 다중 아미노산의 장기 서열 단백질은 폴리펩티드 사슬이 접을 때 3D 구조 및 기능을 갖는다[참조로 돌아 가기]

(주 9) 선구자 유형

비활성 상태에서 합성 된 효소는 부분적으로 분열되거나 구조의 변화가있을 때 활성화되며, 구조의 절단 또는 변화가 있기 전에 상태를 지칭한다[참조로 돌아 가기]

(주 10) 분자 역학 시뮬레이션 분석

컴퓨터에서 단백질과 같은 분자를 재현하고, 용매에 함유 된 구성 원자와 용매 사이에 작용하는 힘을 사용하여 운동 방정식을 해결하고 시간에 따른 분자의 구조적 변화를 추적하는 분석 방법 [참조로 돌아 가기]

(주 11) 활성 센터

기질이 결합하고 촉매 반응이 발생하는 효소의 부위[참조로 돌아 가기]

(주 12) 미토콘드리아

산소를 소비하고 에너지를 생산하는 소바카라 룰 그것은 셀 내에서 에너지 공장이라고도합니다[참조로 돌아 가기]