Structure Of The Atrial Natriuretic Peptide Receptor Extracellular Domain In The Unbound And Hormone-Bound States By Single-Particle Electron Microscopy

Structure of the atrial natriuretic peptide receptor extracellular domain in the unbound and hormone-bound states by single-particle electron microscopy

Tác giả: Haruo Ogawa, Yue Qiu, Liming Huang, Suk-Wah Tam-Chang, Howard S. Young, and Kunio S. Misono

Lĩnh vực: Biochemistry, University of Nevada, Reno, NV, USA; Department of Chemistry, University of Nevada, Reno, NV, USA; Department of Biochemistry, University of Alberta, Edmonton, Canada

Nội dung tài liệu:
Nghiên cứu này tập trung vào việc làm sáng tỏ cấu trúc của miền ngoại bào của thụ thể peptide natriuretic tâm nhĩ (ANP) ở trạng thái không liên kết và trạng thái liên kết với hormone, sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử hạt đơn. Atrial natriuretic peptide (ANP) đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa huyết áp và thể tích máu. Hoạt động của ANP được trung gian bởi một thụ thể xuyên màng đơn lẻ, liên kết với hoạt tính guanylate cyclase nội tại của nó. Các cấu trúc tinh thể của miền ngoại bào thụ thể ANP hóa trị kép, có hoặc không có ANP, đã tiết lộ một cơ chế xoay mới do hormone gây ra ở vùng cận màng, dường như là cơ chế truyền tín hiệu. Tuy nhiên, sự đóng gói tinh thể của miền ngoại bào chứa hai loại tương tác liên phân tử chính, gợi ý hai cặp hóa trị kép khả dĩ: hóa trị kép “đầu-đầu” (hh) và “đuôi-đuôi” (tt). Sự tồn tại của hai dạng hóa trị kép tiềm năng này đặt ra thách thức đối với cơ chế báo hiệu được đề xuất. Nghiên cứu này sử dụng kính hiển vi điện tử hạt đơn để xác định cấu trúc hóa trị kép của miền ngoại bào xảy ra trong điều kiện không có tương tác tinh thể. Các tái cấu trúc EM đã tái tạo cấu trúc hóa trị kép có hoặc không có ANP, chỉ ở dạng hóa trị kép đầu-đầu. Các nghiên cứu quang phổ huỳnh quang trạng thái ổn định trên các gốc Trp, trong đó một gốc (Trp74) nằm ở giao diện hóa trị kép đầu-đầu và không có gốc nào nằm ở giao diện hóa trị kép đuôi-đuôi, đã được thực hiện. Sự gắn kết ANP gây ra sự giảm dần theo thời gian trong phát xạ Trp ở bước sóng 350 nm, điều này được cho là do Trp74 bị chôn một phần trong giao diện hóa trị kép đầu-đầu không liên kết bị lộ ra ngoài dung môi sau khi ANP gắn kết. Do đó, các kết quả từ kính hiển vi điện tử hạt đơn và các nghiên cứu huỳnh quang Trp đã cung cấp bằng chứng trực tiếp về cấu trúc hóa trị kép đầu-đầu cho thụ thể không liên kết và thụ thể đã gắn ANP. Các kết quả cũng hỗ trợ cơ chế xoay được đề xuất để truyền tín hiệu xuyên màng bởi thụ thể ANP.

Mục lục chi tiết:

• Keywords
• Correspondence
• Abbreviations
• Structure of the atrial natriuretic peptide receptor extracellular domain in the unbound and hormone-bound states by single-particle electron microscopy
• Atrial natriuretic peptide (ANP) plays a major role in blood pressure and volume regulation.
• The crystal structures of the dimerized ANP receptor extracellular domain (ECD) with and without ANP have revealed a novel hormone-induced rotation mechanism.
• In this study, we performed single-particle electron microscopy (EM) to determine the ECD dimer structures.
• Results and Discussion
• EM and single-particle reconstruction
• Comparison of the 3D reconstructions by EM and the crystal structures
• Steady-state fluorescence studies of ANP-induced structural change
• Comparison of the apoECD and ANP-ECD EM reconstructions
• Proposed mechanism for transmembrane signal transduction
• Experimental procedures
• Preparation of ECD and ANP-ECD
• Single-particle EM
• Acknowledgements
• References
• Supporting information