構造生物学：真核生物V型ATPアーゼの回転状態の低温電子顕微鏡による観察
Nature 521, 7551 doi: 10.1038/nature14365
真核生物の液胞型H+-ATPアーゼ（V型ATPアーゼ）は、ATPをADPへ加水分解する際のエネルギーを用いて、膜を通過するプロトン輸送を行う回転型酵素であり、多くの細胞内区画のpHを制御している。この酵素の親水性触媒部分で起こるATP加水分解と、膜結合部分を通るプロトン輸送とは、中央の回転子部分複合体の回転によって連動しているが、膜結合部分全体が回転子と共に回転することは、周辺にある軸によって妨げられている。真核生物のV型ATPアーゼは最も複雑な回転型ATPアーゼであって、3つの周辺軸、プロトンを通過させるヘテロオリゴマーのプロテオリピドリング、他の回転型ATPアーゼには見られない複数のサブユニットが含まれ、活性はその触媒部分とプロトン通過部分の可逆的な解離により調節されている。ATP合成酵素、V型ATPアーゼ、細菌や古細菌のV/A型ATPアーゼの研究から、回転型ATPアーゼの触媒機構には構造の柔軟性が必要であることが示唆されているが、さまざまな回転状態の構造が実験で観察されたことはなかった。今回我々は低温電子顕微鏡を用いて、出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）のV型ATPアーゼの3つの回転状態に当たる構造を得た。得られた一連の構造から、cリング中の10個のプロテオリピドサブユニットが明らかになり、V型ATPアーゼによるプロトンくみ出しの際のATP:H+比が3:10と設定され、さらに長くて大きく傾いたαヘリックスがaサブユニット中にあって、cリングと相互作用していることが分かった。これら3種類のマップから、対称不整合な親水性触媒部分中の回転を、膜に結合しているプロトン輸送部分と連動させているコンホメーション変化が明らかになった。3つの回転状態間を移行していく間に、酵素のほとんど全てのサブユニットがコンホメーション変化を起こす。これらの状態の構造から、回転型ATPアーゼを介する力の円滑な伝達が、回転中の変形によって可能となっていることの直接的な証拠が得られる。
