構造生物学：クライオ電子線トモグラフィーによりシャペロニンの機能をin situで可視化する
Nature 633, 8029 doi: 10.1038/s41586-024-07843-w
シャペロニンはバレル型の大きな複合体で、ATPに依存するタンパク質折りたたみを仲介する。細菌のシャペロニンであるGroELはリングが並置された構造で、これが折りたたまれていないタンパク質と、開口部を覆う蓋の形をした補助因子GroESに結合する。シャペロニン反応のin vitro解析で、基質のタンパク質は凝集によって損なわれずに折りたたまれ、その間にGroESによって一時的にGroELの中心部の空洞に封入されることが明らかになっている。GroEL、GroESと折りたたまれるタンパク質の機能的な化学量論的関係をin situで決定するために、今回我々は、天然の細胞内環境にあるシャペロニン複合体を、クライオ電子線トモグラフィーを用いて可視化した。その結果、さまざまな成長条件下でGroELの約55～70％が1つのリング上で非対称的にGroESに結合し、残りのGroELは対称的な複合体を作ることが分かった。結合している基質タンパク質は非対称な複合体の空いているリング上で見られ、これは基質受容状態を示している。GroEL–GroESチャンバーのin situ解析では、in vitroで得られた高分解能構造によって実証されたように、細胞質ゾルへと放出される前の折りたたまれた状態の基質タンパク質が空洞内に封入されていることが明らかになった。シャペロニン複合体の包括的な定量とコンホメーション解析に基づいて、連結した非対称的サブ反応と対称的サブ反応からなるGroEL–GroES反応サイクルがタンパク質の折りたたみを行っていると、我々は考える。これらの知見によって、天然状態のシャペロニンのコンホメーションサイクルと機能サイクルを細胞内で直接明らかにされた。
