構造生物学：ヒトOPA1によるミトコンドリア膜リモデリングの構造学的機構

ミトコンドリアネットワークの独特な形態は、細胞の機能と運命を決定する多様な代謝過程や調節過程を支えている。メカノケミカルGTPアーゼであるOPA1（optic atrophy 1）は、クリステの構造に影響を及ぼし、ミトコンドリア内膜の融合を触媒する。その基本的な重要性にもかかわらず、OPA1がミトコンドリアの形態を調節する分子機構は不明である。今回我々は、細胞学的および構造学的な解析を組み合わせて用い、OPA1に依存する膜リモデリングと融合に重要な分子機構を明らかにした。ヒトOPA1は、脂質と結合するパドルドメインを介してカルジオリピンを含む膜に自身を埋め込む。パドルドメイン中の保存されたループは二重層中に深く挿入され、それを介してカルジオリピンが豊富に存在する膜との相互作用を安定化する。パドルドメインを介したOPA1の二量体化により、膜上でOPA1の柔軟な格子のらせん状の集合が促進され、これによって細胞でのミトコンドリア融合が駆動される。さらに、膜を曲げるOPA1オリゴマーがコンホメーション変化を起こすと、これによって膜に挿入されたループが外葉から引き抜かれ、膜リモデリングの仕組みを助ける。我々の知見により、ヒトOPA1がミトコンドリアの形態を形作る仕組みを理解するための構造学的枠組みが得られ、ヒトの疾病の原因となる変異がOPA1機能を損なう機序が明らかになった。

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