ピルビン酸脱水素酵素複合体のE2内核の原子構造

Atomic Structure of the E2 Inner Core of Human Pyruvate Dehydrogenase Complex.

• Jiansen Jiang
• Flavius L Baiesc
• Yasuaki Hiromasa
• Xuekui Yu
• Wong Hoi Hui
• Xinghong Dai
• Thomas E Roche
• Z Hong Zhou

抄録

ピルビン酸脱水素酵素複合体（PDC）は、NADの還元を伴うアセチル-コエンザイムAへのピルビン酸の不可逆的変換を触媒する大規模な多酵素複合体です。下位生物のPDCとは異なり、哺乳類のPDCでは、ジヒドロリポイルアセチルトランスフェラーゼ（E2；PDCのE2p）とジヒドロリポアミドデヒドロゲナーゼ結合タンパク質（E3BP）が複合体を形成し、PDCの触媒反応の組織化、調節、統合に中心的な役割を果たしています。しかし、哺乳類のE2p/E3BPヘテロコンプレックスの原子構造と組織は不明である。ここでは、ヒトE2pのC末端内核/触媒(IC)ドメインが形成する組換え正十二面体コアの構造を、クライオ電子顕微鏡(cryoEM)を用いて3.1Å分解能で解析した結果を報告する。ヒトE2p ICドメインのN末端フラグメントと他の4つの表面領域の構造は、他のE2結晶構造と大きな違いを示しており、これは哺乳類におけるE3BPの統合に関係している可能性がある。また、この構造から、E3BPの相同性の高いICドメインの相同性モデルを得ることができた。ヒトのE2pまたはE3BPの正十二面体の隣接するICドメインとの相互作用を解析することで、E2p/E3BPヘテロコンプレックスの構造に新たな知見が得られ、哺乳類のPDCにおける触媒作用にE3BPが貢献している可能性が示唆されました。

Pyruvate dehydrogenase complex (PDC) is a large multienzyme complex that catalyzes the irreversible conversion of pyruvate to acetyl-coenzyme A with reduction of NAD. Distinctive from PDCs in lower forms of life, in mammalian PDC, dihydrolipoyl acetyltransferase (E2; E2p in PDC) and dihydrolipoamide dehydrogenase binding protein (E3BP) combine to form a complex that plays a central role in the organization, regulation, and integration of catalytic reactions of PDC. However, the atomic structure and organization of the mammalian E2p/E3BP heterocomplex are unknown. Here, we report the structure of the recombinant dodecahedral core formed by the C-terminal inner-core/catalytic (IC) domain of human E2p determined at 3.1 Å resolution by cryo electron microscopy (cryoEM). The structure of the N-terminal fragment and four other surface areas of the human E2p IC domain exhibit significant differences from those of the other E2 crystal structures, which may have implications for the integration of E3BP in mammals. This structure also allowed us to obtain a homology model for the highly homologous IC domain of E3BP. Analysis of the interactions of human E2p or E3BP with their adjacent IC domains in the dodecahedron provides new insights into the organization of the E2p/E3BP heterocomplex and suggests a potential contribution by E3BP to catalysis in mammalian PDC.