블로그

Jul 03, 2023

Ca2+

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2708(2022) 이 기사 인용 3019 액세스 2 인용 34 Altmetric Metrics 세부 정보 시스틴뇨증은 다음과 같은 유전 질환입니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2708(2022) 이 기사 인용

3019 액세스

2 인용

34 알트메트릭

측정항목 세부정보

시스틴뇨증은 이염기성 아미노산과 시스틴의 과잉 배설을 특징으로 하는 유전 질환으로, 재발성 신장 결석과 신부전을 유발합니다. 시스템 b0,+를 구성하는 조절 당단백질 rBAT 및 아미노산 수송체 b0,+AT의 돌연변이는 각각 I형 및 비형 I 시스틴뇨증과 연관되어 있으며 단백질 수송 결함 또는 촉매 불활성화로 인해 뚜렷한 표현형을 나타냅니다. 여기에서 전자 극저온 현미경과 생화학을 사용하여 Ca2+가 시스템 b0,+의 고차 조립을 중재한다는 것을 발견했습니다. Ca2+는 두 rBAT 분자 사이의 경계면을 안정화시켜 b0,+AT-rBAT의 초이량체화를 유도하고, 이는 차례로 N-글리칸 성숙과 단백질 수송을 촉진합니다. 시스틴뇨증 돌연변이 T216M과 rBAT의 Ca2+ 부위 돌연변이는 고차 어셈블리의 손실을 유발하여 ER에 단백질이 갇히고 기능이 손실됩니다. 이러한 결과는 시스템 b0,+ 생물 발생 및 I형 시스틴뇨증의 분자적 기초를 제공하고 이에 대한 새로운 치료 전략을 개발하기 위한 지침 역할을 합니다. 보다 광범위하게, 우리의 연구 결과는 수송체 올리고머 조립과 단백질 밀매 질병 사이의 전례 없는 연관성을 보여줍니다.

시스틴뇨증은 신장의 아미노산 재흡수 결함으로 인해 시스틴 및 이염기성 아미노산이 소변으로 과도하게 배설되는 유전 질환입니다1. 시스틴의 낮은 용해도로 인해 환자들은 재발성 신장 결석을 앓고 있으며, 이는 수 센티미터까지 커져 급성 통증과 신부전을 유발할 수 있습니다2. 따라서 많은 환자들이 평생 치료를 받아야 하며, 연구에 따르면 신생아 7,000명 중 1명이 이 질병의 영향을 받는 것으로 추정됩니다1. 일반적인 치료법으로는 식이 요법3, 체외 충격파 쇄석술, 시스틴 희석 관리4 및 개복 수술 등이 있지만, 아직까지 질병 메커니즘에 대한 불완전한 이해로 인해 이러한 증상 조치 외에는 획기적인 진전이 이루어지지 않았습니다.

시스틴뇨증은 신장과 장의 브러시 경계 세포에 국한된 Na+ 독립적 시스틴/이염기성 아미노산 교환체인 b0,+ 시스템의 돌연변이로 인해 발생합니다. 시스템 b0,+는 단일 막횡단 당단백질 rBAT5(D2, NBAT 및 SLC3A1로도 알려짐)와 12-막횡단 수송체 b0,+AT6(BAT1 및 SLC7A9로도 알려짐)의 두 하위 단위로 구성됩니다. 아미노산 수송체(HAT) 계열7. 최근 연구에 따르면 rBAT는 b0,+AT8에 비해 뚜렷한 근위 관형 위치를 나타내는 다른 SLC7 구성원인 AGT1(SLC7A13)과 연관되어 있는 것으로 나타났습니다. 최근 프로토타입 HAT 수송체인 LAT1-CD98hc의 구조적 해명이 어떻게 두 개의 하위 단위가 단단한 이종이량체 어셈블리를 형성하는지 보여주었지만9,10 CD98hc에 대한 rBAT의 낮은 서열 동일성(정렬된 영역에서 28%)과 총 도메인 B 루프와 C 말단 영역의 ~100개 잔기는 b0,+AT-rBAT에 대한 자세한 분자적 이해를 불가능하게 합니다.

임상 및 생화학적 연구에 따르면 두 하위 단위의 돌연변이가 rBAT의 경우 I형 시스틴뇨증, b0,+AT1의 경우 비형 I로 알려진 서로 다른 표현형과 연결되어 있는 것으로 나타났습니다. 대부분의 유형 I 돌연변이는 시스템 b0,+ 오작동을 일으키는 반면, 유형 I이 아닌 돌연변이는 수송 활동 자체를 폐지합니다. 또한, 특징적인 모든 유형 I 돌연변이는 동형접합체에서만 질병 표현형을 나타내지만, 일부 비유형 I 돌연변이는 이형접합 개체에서도 질병을 유발할 수 있는데, 이는 현재 명확한 설명이 부족한 현상입니다. 최근 세제 내 인간 b0,+AT-rBAT의 저온-EM 구조는 그 구조를 밝혀내고 아미노산 항이동 메커니즘과 그 기능 장애를 제안했습니다15,16. 그러나 이러한 구조는 특정 유형 I 돌연변이가 단백질 밀매 결함을 일으키는 이유를 설명하지 못했습니다.

시스템 b0,+ 생합성 및 시스틴뇨증의 분자 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 우리는 양 시스템 b0,+의 구조와 기능을 연구합니다. 우리는 지질 나노디스크에서 양 b0,+AT-rBAT의 전자 저온 현미경(cryo-EM) 구조를 결정하여 곡선 지질 이중층에 내장된 초이합체(b0,+AT-rBAT)2 복합체를 공개합니다. 우리는 rBAT 엑토도메인에서 Ca2+ 결합 부위를 확인하고, 이 부위가 ER에서 시스템 b0,+의 고차 조립에 필수적이며, 이는 차례로 N-글리칸 성숙과 원형질막으로의 인신매매를 촉진한다는 것을 입증합니다. 또한, 우리는 고차 어셈블리의 손실이 일부 유형 I 돌연변이와 상관관계가 있음을 발견하여 이전에 알려지지 않은 단백질 올리고머화와 질병 사이의 연관성을 드러냈습니다. 이러한 결과는 I형 시스틴뇨증의 분자 메커니즘을 밝혀줍니다.