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| 陰イオン交換体、重炭酸イオン輸送体ファミリー | |
|---|---|
| 識別子 | |
| シンボル | HCO3_コトランス |
| インタープロ | 著作権 |
| プロサイト | PDOC00192 |
| TCDB | 2.A.31 |
陰イオン交換体ファミリー（TC# 2.A.31、重炭酸イオン輸送体ファミリーとも呼ばれる）は、二次キャリアの大規模なAPCスーパーファミリーのメンバーです。 [1] AEファミリーのメンバーは、一般的に細胞バリアを越えた陰イオンの輸送を担っていますが、その機能は異なる場合があります。それらはすべて重炭酸イオンを交換します。AEファミリーの特性化されたタンパク質メンバーは、植物、動物、昆虫、酵母に見られます。特性化されていないAEホモログは細菌に存在する可能性があります（例：Enterococcus faecium、372 aas、gi 22992757、90残基で29%の同一性）。動物のAEタンパク質は、約900アミノアシル残基から約1250残基までのサイズが変化する膜貫通タンパク質のホモ二量体複合体で構成されています。それらのN末端親水性ドメインは細胞骨格タンパク質と相互作用し、したがって細胞構造の役割を果たしている可能性があります。現在特徴付けられている AE ファミリーのメンバーの一部は、トランスポーター分類データベースで見つけることができます。
家族の概要
| 重炭酸イオントランスポーター、C末端ドメイン | |||||||||
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 バンド 3 の最終細胞質ループの低エネルギー構造、NMR、最小化された平均構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | HCO3_トランスpt_C | ||||||||
| パム | PF00955 | ||||||||
| ファム一族 | CL0062 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00192 | ||||||||
| SCOP2 | 1btr / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| バンド3細胞質ドメイン | |||||||||
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 ヒト赤血球バンド3タンパク質の細胞質ドメインの結晶構造 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | バンド3サイト | ||||||||
| パム | PF07565 | ||||||||
| ファム一族 | CL0340 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1hyn / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| TCDB | 2.A.31 | ||||||||
| OPMスーパーファミリー | 284 | ||||||||
| OPMタンパク質 | 1btq | ||||||||
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重炭酸イオン（HCO 3 −）輸送機構は、動物 細胞における pH の主要な調節因子です。このような輸送は、胃、膵臓、腸、腎臓、生殖器、中枢神経系における酸塩基移動にも重要な役割を果たします。機能研究では、さまざまな HCO 3 −輸送モードが示唆されています。
- 陰イオン交換タンパク質は、 HCO 3 −をCl −と可逆的に交換します。[2]
- Na + /HCO 3 − 共輸送 タンパク質は、Na +とHCO 3 −の細胞膜を介した結合した移動を媒介し、多くの場合は電気的な方法で行われます。[3]
現在までにクローニングされた2つのHCO 3 − トランスポーターファミリー（陰イオン交換輸送体とNa + /HCO 3 −共輸送体）の配列解析により、相同性があることが明らかになりました。どちらもHCO 3 −を輸送し、ジスルホン酸スチルベンと呼ばれる薬理学的薬剤のクラスによって阻害されることを考えると、これはまったく予想外のことではありません。 [4]これらは約25〜30％の配列同一性を共有しており、これは配列全体にわたって分布しています。また、予測される膜トポロジーが類似していることから、約10の膜貫通（TM）ドメインがあることが示唆されています。
多くの重炭酸イオン輸送タンパク質のC末端には保存されたドメインが存在します。また、ホウ素輸送を担う植物性タンパク質にも保存されたドメインが存在します。 [5]これらのタンパク質では、保存されたドメインは配列のほぼ全長をカバーしています。
重炭酸イオンを交換するバンド3陰イオン交換タンパク質は、赤血球膜で最も豊富なポリペプチドであり、全膜タンパク質の25%を占めています。バンド3の細胞質ドメインは、主に他の膜関連タンパク質のアンカー部位として機能します。このドメインのタンパク質リガンドには、アンキリン、タンパク質4.2、タンパク質4.1、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）、ホスホフルクトキナーゼ、アルドラーゼ、ヘモグロビン、ヘミクローム、およびタンパク質チロシンキナーゼ（p72syk）が含まれます。[6]
ヒトの陰イオン交換体
ヒトでは、陰イオン交換体は溶質輸送体ファミリー4（SLC4）ファミリーに属し、10個のパラログメンバー（SLC4A1-5、SLC4A7-11）で構成されています。9個はHCOを輸送するタンパク質をコードしています。−
3機能的には、これらのタンパク質のうち8つは2つの主要なグループに分類されます。3つのCl-HCO−
3交換輸送体（AE1-3）と5つのNa +結合HCO−
3トランスポーター（NBCe1、NBCe2、NBCn1、NBCn2、NDCBE）のうち2つ（ NBCe1、NBCe2）は電気発生性であり、他の3つのNa +結合HCO−
3トランスポーターであり、3つのAEはすべて電気的に中性である。[7] [8]他の2つ（AE4、SLC4A9およびBTR1、SLC4A11 ）は特徴付けられていない。すべてではないが、ほとんどが4,4'-ジイソチオシアナトスチルベン-2,2'-ジスルホネート（DIDS）によって阻害される。SLC4タンパク質は、酸塩基恒常性、H +またはHCOの輸送に役割を果たしている。−
3上皮による（例えばHCOの吸収−
3腎臓近位尿細管におけるHCOの分泌−
3膵管内の脂質代謝や細胞容積、細胞内pHの調節にも関与している。[8]
ハイドロパシープロットに基づくと、すべての SLC4 タンパク質は細胞膜内で同様のトポロジーを共有すると仮定されています。これらは、数百から数百の残基で構成される比較的長い細胞質N 末端ドメインを持ち、その後に 10～14 の膜貫通 (TM) ドメインが続き、最後に約 30 から約 90 の残基で構成される比較的短い細胞質 C 末端ドメインがあります。C末端ドメインはタンパク質のサイズのわずかな割合を占めますが、このドメインには、(i) タンパク質間相互作用に重要である可能性のある結合モチーフ (例: AE1、AE2、および NBCn1)、(ii) 細胞膜への輸送に重要である可能性のあるもの (例: AE1 および NBCe1)、および (iii) タンパク質キナーゼ A のリン酸化 を介してトランスポーター機能の調節のための部位を提供する可能性のあるもの(例: NBCe1) があります。[9]
SLC4 ファミリーは以下のタンパク質で構成されています。
陰イオン交換装置1
ヒト陰イオン交換体1（AE1またはバンド3）は炭酸脱水酵素II（CAII）に結合して「輸送メタボロン」を形成し、CAIIとの結合によりAE1の輸送活性が約10倍活性化される。[10] AE1はグリコフォリンとの相互作用によっても活性化され、これもまたAE1を細胞膜に標的化する働きをする。[11]膜に埋め込まれたC末端ドメインはそれぞれ膜を13～16回覆っている。Zhuら（2003）のモデルによると、ヒトのAE1は膜を16回覆っており、そのうち13回はαヘリックスとして、3回（TMS 10、11、および14）はおそらくβストランドとして覆っている。[12] AE1は、陰イオン交換（対向輸送）反応を優先的に触媒する。ヒト陰イオン交換体1（AE1）の特定の点変異は、この電気的に中性な陰イオン交換体を一価陽イオン伝導体に変換する。AE1スパニングドメイン内の同じ輸送部位が、陰イオン交換と陽イオン輸送の両方に関与している。[13]
ヒト赤血球中の AE1 は、さまざまな無機および有機アニオンを輸送することが示されています。二価アニオンは H +と共輸送される可能性があります。さらに、ドデシル硫酸ナトリウム (SDS)やホスファチジン酸などのいくつかのアニオン性両親媒性分子を、リン脂質二重層の一方の単層からもう一方の単層に反転させる触媒作用をします。反転速度は十分に速いため、この AE1 触媒プロセスは赤血球で生理学的に重要であり、おそらく他の動物組織でも重要であると考えられます。アニオン性リン脂質と脂肪酸は、天然の基質である可能性があります。ただし、TMS が存在するだけで、脂質の反転速度が高まります。[14] [15]
構造
AE1 (CTD) の 3.5 オングストロームの結晶構造が決定されました。[16]この構造は、阻害剤によって外向きの開いた構造に固定されています。この構造を、内向きの構造にあるウラシルトランスポーター UraA の基質結合構造と比較することで、AE1 (CTD) の陰イオン結合位置を特定し、選択された変異が疾患を引き起こす理由を説明できる可能性のある輸送メカニズムを提案することができました。3D 構造により、AE ファミリーがAPC スーパーファミリーのメンバーであることが確認されました。[9]
RCSB には AE1 タンパク質の結晶構造がいくつか公開されています (リンクは TCDB でも公開されています)。
- AE1: 1BH7 、1BNX 、1BTQ 、1BTR 、1BTS 、1BTT 、1BZK 、2BTA 、1HYN 、2BTB 、3BTB 、2BTA 、2BTB 、3BTB 、4KY9 、PDB : 4YZF 、1HYN 、5A16
その他のメンバー
腎臓Na + :HCO−
3共輸送体はAEファミリーのメンバーであることが分かっている。これらはHCOの再吸収を触媒する。−
3電気発生プロセスにおいて、腎近位尿細管で発生する。このプロセスは、 DIDSやSITSなどの典型的なAEのスチルベン阻害剤によって阻害される。これらは他の多くの体組織にも見られる。1つの哺乳類では、少なくとも2つの遺伝子がこれらの共輸送体をコードしている。10 TMSモデルが提示されているが[17]、このモデルはAE1に対して提案されている14 TMSモデルと矛盾している。ヒト膵臓の電気発生Na + :HOの膜貫通トポロジー−
3トランスポーターNBC1が研究されている。[18]細胞質内にN末端とC末端を持つTMSトポロジーが示唆されている。細胞外ループがNa + -HCO−
3共輸送体[19]
Na +非依存性陰イオン交換体（AE1-3）とNa + :HCO−
3共輸送体（NBC）（電気的に中性または起電性のいずれか）、Na +駆動型HCO−
3/Cl −交換輸送体（NCBE）は配列決定され、特徴付けられている。[20] Na + + HCO−
3優先的に内向きにH + + Cl − を、外向きにH + + Cl −を放出します。このNCBEは哺乳類の組織に広く存在し、細胞質のアルカリ化に重要な役割を果たしています。たとえば、膵臓のβ細胞では、インスリン分泌に関連するグルコース依存性のpH上昇を媒介します。
ABC型塩素イオンチャネルタンパク質CFTR（TC# 3.A.1.202.1）をコードする遺伝子を細胞膜に発現する組織培養動物細胞は、環状AMP依存性AE活性刺激を示すことが報告されている。この調節はCFTRの塩素イオン伝導機能とは独立しており、 CFTRのヌクレオチド結合ドメイン#2の変異は塩素イオンチャネル活性への影響とは独立して調節を変化させた。これらの観察結果は、HCO−
3嚢胞性線維症患者の分泌。
植物と菌類の陰イオン交換体
植物と酵母は、植物の周皮細胞と酵母細胞の細胞膜の両方でホウ酸またはホウ酸塩（pKa = 9.2）を輸送するアニオントランスポーターを持っています。[5] A. thalianaでは、ホウ素は周皮細胞から根の星状アポプラムに濃度勾配に逆らって輸送され、シュートに吸収されます。S . cerevisiaeでも、輸送は濃度勾配に逆らって行われます。酵母トランスポーターはHCO−
3、I −、Br −、NO−
3および Cl − であり、これらは基質である可能性がある。穀類におけるホウ素毒性に対する耐性は、ホウ素の組織蓄積の減少と関連していることが知られている。アラビドプシスおよびイネの排出トランスポーターと高い類似性を持つホウ素耐性小麦および大麦の根からの遺伝子の発現は、排出メカニズムによりホウ素濃度を低下させた。[21]エネルギー結合のメカニズムは不明であり、ホウ酸塩またはホウ酸が基質であるかどうかも不明である。いくつかの可能性（ユニポート、アニオン：アニオン交換、アニオン：カチオン交換）がデータの説明となる可能性がある。[5]
輸送反応
AEファミリーの陰イオン交換体によって触媒される生理学的に関連する輸送反応は以下の通りである: [9]
- Cl − (in) + HCO−
3(アウト) ⇌ Cl − (アウト) + HCO−
3（で）。
Na + :HCO3-共輸送体の場合は次のとおりです。
- Na + (外) + nHCO−
3(出力) → Na + (入力) + nHCO−
3（で）。
Na + /HCOの場合−
3:H + /Cl −交換体は次のとおりです。
- Na + (排出) + HCO−
3(出力) + H + (入力) + Cl − (入力) ⇌ Na + (入力) + HCO−
3(入力) + H + (出力) + Cl − (出力)。
植物と酵母のホウ素排出タンパク質の場合は次のとおりです。
- ホウ素（摂取）→ホウ素（排出）
参照
参考文献
2016 年 1 月 28 日現在、この記事はTransporter Classification Databaseから一部または全部を引用しています。著作権者は、 CC BY-SA 3.0およびGFDLの下で再利用を許可する形でコンテンツの使用許諾を与えています。すべての関連条件に従う必要があります。元のテキストは「2.A.31 The Anion Exchanger (AE) Family」でした。
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