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哺乳類AMPKの構造とそのADPによる調節

Structure of mammalian AMPK and its regulation by ADP.

Xiao B, Sanders MJ, Underwood E, Heath R, Mayer FV, Carmena D, Jing C, Walker PA, Eccleston JF, Haire LF, Saiu P, Howell SA, Aasland R, Martin SR, Carling D, Gamblin SJ.

Nature. 2011 Apr 14;472(7342):230-3.

【まとめ】
AMPKは、αサブユニット(触媒サブユニット)とβ、γサブユニット(調節サブユニット)からなるヘテロ三量体で、 αサブユニットのキナーゼドメイン内にあるactivation loopのThr172リン酸化によって不活性型から活性型に変換される。さらに、γサブユニットにAMPが結合すると、①AMPKの脱リン酸化を防ぐと同時に、②アロステリックな活性化を引き起こす。この研究では、ADPもγサブユニットに結合するが、ADPの結合では①AMPKの脱リン酸化は妨げられるが、アロステリックな活性化は起こらないことを示した。また、活性なAMPKの結晶構造を決定し、上記のAMPK活性調節の機構を示すモデルを作成した。

【論文内容】
AMPKは、上流のキナーゼ(CAMKKβ、LKB1)によって、αサブユニットのThr172がリン酸化されることで、その活性は数百倍に増加する。AMPは、Thr172の脱リン酸化を防ぐことによって、AMPKの活性化が維持されることが以前から示されている。AMPはそれと同時に、AMPKのアロステリックな変化を起こし、その活性をさらに2-5倍増加させることも知られている。AMPKのγサブユニットには4か所のnucleotide-binding sites (ATP、ADPまたはAMPが結合しうる部位)があり、3か所がすでに結合している。

ADPはAMPと違ってアロステリックなAMPKの活性化は起こさないが、AMPと同様にThr172の脱リン酸化は抑制する。通常の細胞では、ATP濃度は3000-8000μM、ADPは50-200μM、AMPは0.5-5μMとなっており、ADPがAMPKの脱リン酸化阻害に作用していることは生理的なメカニズムとして重要と考えられる。

さらに、活性なAMPKの結晶構造から、AMPK活性調節のメカニズムを明らかにした。下図では、R(調節ドメイン)に、K(キナーゼドメイン)のα-hook(調節サブユニットとの結合部位)が結合している。基底状態(細胞のエネルギーが充分の場合:右端図)では、調節ドメイン(R)のsite 3にはATP(図右)が結合している。ここで、キナーゼドメインh(K)の中にあるacitivation loop(キナーゼドメイン内の紫色のループ)のThr172はリン酸化を受けていない。この状態からThr172が上流酵素によってリン酸化されると、Kのキナーゼ活性は大きく上昇する(図中央)。さらに、Rに結合するのがATPからADPに変化すると(図左)、アロステリックな変化によりactivation loop が脱リン酸化から保護される。

哺乳類AMPKの構造とそのADPによる調節_d0194774_5163443.png

by md345797 | 2011-04-25 18:01 | シグナル伝達機構