マグネシウムトランスポーター

マグネシウムトランスポーターは、細胞膜を越えてマグネシウムを輸送するタンパク質です。あらゆる生命体はマグネシウムを必要としますが、環境からの Mg ²⁺の吸収と生物体内でのこの重要な元素の分布の分子メカニズムは、まだゆっくりと解明されつつあります。

MgtAのATPase機能はカルジオリピンに大きく依存しており、μM範囲の遊離マグネシウムを検出することが示されている^[1]

細菌では、Mg ²⁺は主にCorA タンパク質^[2]によって供給され、CorA タンパク質が存在しない場合にはMgtE タンパク質によって供給されます。^{[3] [4]}酵母では、最初の取り込みは Alr1p および Alr2p タンパク質を介して行われますが^[5]、この段階で確認されている唯一の内部 Mg ²⁺分配タンパク質は Mrs2p です。^[6]原生動物内では、1 つの Mg ²⁺トランスポーター (XntAp) のみが特定されています。^[7]後生動物では、Mrs2p ^[8]および MgtE ホモログ^{[9]が、2 つの新しい Mg 2+}輸送システム TRPM6/TRPM7 ^{[10] [11]}および PCLN-1とともに特定されています。^[12]最後に、植物では、Mrs2p ホモログのファミリーが別の新しいタンパク質 AtMHX とともに特定されています。 ^{[13] [14 ]}

^{Mg 2+}輸送の進化は、かなり複雑だったようです。MgtE に基づくと思われるタンパク質は、細菌や後生動物に存在しますが、真菌や植物には存在しません。一方、CorA に関連すると思われるタンパク質は、これらすべてのグループに存在します。細菌に存在する 2 つの能動輸送体、MgtA と MgtB は、高等生物には相同性がないようです。高等生物にのみ見られる Mg ²⁺輸送システムもあります。

^{Mg 2+ を}輸送するタンパク質はまだ多数存在し、そのほとんどが未発見である。最もよく研​​究されている真核生物である酵母においてさえ、Borrelly ^{[16] は}、おそらくゴルジ体に局在するタンパク質を伴わないMg ²⁺ /H ⁺交換輸送体を報告している。酵母における少なくとももう 1 つの主要な Mg ^{2+輸送体は、酵母液胞内外への Mg 2+}輸送に影響を与えるものであるが、まだ解明されていない。高等多細胞生物では、多くの Mg ²⁺輸送タンパク質が発見を待っているようである。

CorAドメインを含むMg ²⁺トランスポーター（CorA、Alr様およびMrs2様）は、二価カチオンに対する親和性が類似しているが、同一ではない。実際、この観察は、これまでに特定されたすべてのMg ^{2+トランスポーターに拡張できる。この類似性は、Mg 2+}の基本特性が認識および輸送の可能なメカニズムに強く影響することを示唆している。しかし、この観察は、他の金属イオンをMg ^{2+取り込みのトレーサーとして使用しても、必ずしもトランスポーターのMg 2+}輸送能力に匹敵する結果が得られるわけではないことも示唆している。理想的には、Mg ^2+を直接測定する必要がある。^[17]

²⁸ Mg ²⁺は事実上入手不可能なため、異なるトランスポーターを直接比較する場合、古いデータの多くを Mg ^{2+輸送を測定する新しいツールで再解釈する必要があります。 mag-fura 2 を使用した Kolisek [18]}と Froschauer ^[19]の先駆的な研究では、一部のシステムでは遊離 Mg ^{2+ を}体内で確実に測定できることが示されています。 この新しいツールで CorA の分析に戻ることで、新しい Mg ^{2+輸送システムが発見されたときに分析するための重要なベースラインが得られました。 ただし、輸送能力を比較する場合は、膜に存在するトランスポーターの量を正確に決定することが重要です。 この細菌システムは、真核生物の Mg 2+}輸送タンパク質の分析にもいくらか役立つ可能性がありますが、どの実験でも原核生物と真核生物の生物学的システムの違いを考慮する必要があります。

^{特徴付けられた Mg 2+}輸送タンパク質の機能を比較することは、異なる方法論と技術を使用してさまざまな生物系でタンパク質が調査されているにもかかわらず、現在ほぼ不可能です。すべてのタンパク質を直接比較できるシステムを見つけることは大きな進歩となるでしょう。タンパク質が細菌 ( S. typhimurium ) で機能することが示されれば、mag-fura 2 の技術、エンベロープ膜内のタンパク質の定量、およびタンパク質の構造 (X 線結晶またはクライオ TEM) を組み合わせることで、Mg ²⁺イオンの認識と輸送に関与する基本メカニズムを決定できる可能性があります。ただし、おそらく最も大きな進歩は、人工膜を使用してパッチクランプ システムでタンパク質の機能を測定できる方法の開発でしょう。

1968年、Lusk ^{[20] は}、 Mg ²⁺の少ない培地では細菌（大腸菌）の増殖が制限されることを説明し、細菌はMg ^{2+ を}必要とし、このイオンを環境から積極的に取り込む可能性が高いことを示唆しました。翌年、同じグループ^[21]と別のグループであるSilver [22] は、^{代謝が活発な大腸菌細胞における28 Mg 2+の}取り込みと流出^を独立^して説明しました。1971年末までに、大腸菌^[23]とAerobacter aerogenesおよびBacillus megateriumにおけるMg ²⁺の輸送に対するCo ²⁺、Ni ²⁺およびMn ²⁺の干渉を説明する2つの論文が発表されました。 ^[24]トランスポーターをコードする遺伝子のクローニング前の最後の大きな進歩として、最初のシステムと同様の親和性と輸送速度を示すが、干渉する陽イオンに対する感受性の範囲が異なる2番目のMg ^{2+取り込みシステムが存在することが発見されました。このシステムも、細胞外Mg 2+}の高濃度によって抑制されました 。^{[25] [26]}

CorA遺伝子とそれに対応するタンパク質は、あらゆる生物の中で最も徹底的に研究されているMg ^{2+輸送システムです。CorA遺伝子に関する発表された文献のほとんどは、ME Maguireの研究室から出ています。最近、RJ SchweyenのグループがCorAによるMg 2+}輸送の理解に大きな影響を与えました。この遺伝子は、もともと遺伝子の不活性化によって引き起こされた大腸菌のコバルト耐性表現型にちなんで名付けられました。^[25]

この遺伝子はParkらによって大腸菌で遺伝学的に同定されたが^[26]、Hmielら^[2]がSalmonella enterica serovar Typhimurium ( S. typhimurium )ホモログを単離するまでクローン化されなかった。後にSmithとMaguire ^[27]によって、CorA遺伝子が17種のグラム陰性細菌に存在することが示された。現在では原核生物の完全なゲノム配列が多数利用可能であり、CorAは真正細菌にほぼ遍在し、古細菌にも広く分布していることが示されている^{[28] 。}大腸菌のCorA遺伝子座には、948ヌクレオチドの単一のオープンリーディングフレームが含まれており、316アミノ酸のタンパク質を生成します。このタンパク質は真正細菌と古細菌の間でよく保存されています。大腸菌とチフス菌の間では、タンパク質は98%同一であるが、より遠縁の種では、類似性は15～20%に低下する。^[28]より遠縁の遺伝子では、類似性はタンパク質のC末端部分に限定されることが多く、この領域内の短いアミノ酸モチーフGMNは非常に高度に保存されている。pFAM保存タンパク質ドメインデータベース（http://webarchive.loc.gov/all/20110506030957/http%3A//pfam.sanger.ac.uk/）ではPF01544としても知られるCorAドメインは、さらに幅広い高等生物に存在しており、これらのトランスポーターについては以下で概説する。

CorA遺伝子は、広範囲の体外Mg ^{2+濃度下で}S. typhimuriumにおいて恒常的に発現している。^[29]しかし、最近の証拠は、タンパク質の活性がPhoPQ二成分調節システムによって制御されている可能性を示唆している。^{[30]このセンサーは、ヒトにおける}S. typhimuriumの感染過程における体外Mg ²⁺濃度の低下に反応する。^[31]体外Mg ²⁺濃度が低い場合、PhoPQシステムはCorAの機能を抑制することが報告されており、代替Mg ²⁺トランスポーターMgtAおよびMgtBの転写がこれらの条件下で活性化されることが以前に示された。^{[29] ChamnongpolとGroismanは、これにより、Mg 2+が存在しない状態でCorAが他のイオン、特にFe(II)を輸送することによって引き起こされる金属イオン毒性から細菌}が逃れることができると示唆している。^[30] PappとMaguireは、毒性の原因について矛盾する報告をしている。^[32]

この図（縮尺は正確ではない）は、Smith らによって決定された、S. typhimurium CorA タンパク質の最初に発表された膜貫通（TM）ドメイントポロジーを示しており、タンパク質の C 末端部分（青で表示）に 3 つの膜貫通領域があるとされている。^[33] CorA がホモテトラマーとして機能するという証拠は、2004 年にWarrenらによって発表された。^[34] 2005 年 12 月、CorA チャネルの結晶構造が RSCB タンパク質構造データベースに掲載された。結果は、タンパク質が 2 つの TM ドメインを持ち、ホモペンタマーとして存在することを示しており、以前の報告とは明らかに矛盾している。このリンクをたどると、3D で構造を見ることができる。タンパク質の可溶性細胞内部分は高度に帯電しており、31 個の正に帯電した残基と 53 個の負に帯電した残基を含んでいる。逆に、TM ドメインには荷電アミノ酸が 1 つしか含まれておらず、これはトランスポーターの活性には重要ではないことが示されている。^{[35]突然変異誘発実験から、Mg2 +}輸送の化学は輸送孔の内側を覆うヒドロキシル基に依存していることが明らかになった。また、GMNモチーフ（赤で表示）も絶対的に必要である。^{[35] [36]}

CorAの活性を生体内で研究する前に、細菌宿主内の他のMg ²⁺輸送システムを特定し、不活性化または削除する必要がありました（下記参照）。機能的なCorA遺伝子を含み、MgtAとMgtBを欠くS.typhimurium株が構築され^[37]（下記も参照）、輸送体の取り込み速度が分析されました。^{[38]この株は標準培地（50μM Mg 2+} ）でほぼ正常な増殖速度を示しましたが、3つの遺伝子すべてを除去すると、正常な増殖に100mMの外部Mg ^2+を必要とする細菌株が生まれました。^[37]

Mg ²⁺は、以前の論文で説明されているMg ²⁺の取り込みと同様の速度論と陽イオン感受性で、CorA 輸送システムのみを含む細胞に輸送され、さらに定量化されています^[38] (表を参照)。Mg ²⁺の取り込みは以前の研究と同様にプラトーに達することが見られましたが、輸送減少の実際のメカニズムは特定されていないため、タンパク質が不活性化されていると想定されています。^[19] Co ²⁺と Ni ^{2+は、機能的な CorA タンパク質を含む}S. typhimurium細胞に対して毒性があり、この毒性は Mg ²⁺の取り込みの阻害 (競合阻害) と細胞内でのこれらのイオンの蓄積に起因します。^[2] Co ²⁺と Ni ²⁺は、放射性トレーサー分析を使用して CorA によって輸送されることが示されていますが^{[2] [39]、親和性 (km) と速度 (Vmax) は Mg 2+}よりも低くなります(表を参照)。 Co ²⁺とNi ²⁺のkm値は、通常の環境で細胞が遭遇すると予想される値を大幅に上回っているため、自然条件下ではCorA輸送システムがこれらのイオンの取り込みを媒介する可能性は低い。^{[2]現在までに、CorAによるMn 2+}輸送の証拠は大腸菌に限られている。^[26]

この表は、CorA Mg ²⁺輸送システムの輸送速度論を示しています。この表は、Snavely et al. (1989b)、^[38]、 Gibson et al. (1991) ^[39]、および Smith et al. (1998a) ^{[35]の出版物から編集されたもので、MgtA および MgtB を欠く細菌の野生型プロモーターから発現した CorA 輸送タンパク質の速度論データを要約しています。km および Vmax は、37 °C での Mg 2+}の取り込みが速すぎて正確に測定できなかったため、20 °C で測定されました。

最近、mag-fura 2のMg ^{2+依存性蛍光は、外部Mg 2+}に反応するS. typhimurium細胞の遊離Mg ^{2+含有量を測定するために使用され、CorAが細菌におけるMg 2+}の主要な取り込みシステムであることが示されました。^[19]著者らはまた、細胞の細胞膜を横切る電位（ΔΨ）の変化が、Mg ²⁺の取り込み速度と細胞の遊離Mg ²⁺含有量の両方に影響を与えることを初めて示しました。脱分極は輸送を抑制し、過分極は輸送を増加させました。輸送の速度論は、細胞内の遊離Mg ²⁺の変化率（250 μM s ^{−1 ）によってのみ定義されました。膜内のCorAタンパク質の量は定量化されていないため、この値をMg 2+}トランスポーターに関する他の実験と比較することはできません。^[18]

^{細菌細胞からの Mg 2+}の流出は、 Lusk と Kennedy (1969) ^[21]によって初めて観察され、高細胞外濃度の Mg ²⁺存在下でCorA Mg ²⁺輸送システムによって媒介されます。^{[38]この流出は、Mg 2+}ほどではありませんが、 Co ²⁺、 Mn ²⁺、 Ni ²⁺によっても引き起こされます。^[23] CorA 輸送システムを介したCo ^{2+ の流出は観察されませんでした。 Mg 2+}流出のプロセスには、さらに CorB、 CorC、または CorD 遺伝子のいずれか 1 つが必要です。^[39]これらの遺伝子のいずれか 1 つが変異すると、CorA 変異体によって提供されるものの半分弱の Co ^{2+耐性が生じます。 この効果は、高レベルの Co 2+}存在下で発生するMg ²⁺損失の阻害によるものと考えられます。CorBCD 遺伝子が削除された場合に Mg ^{2+ の}毒性が増すかどうかは現在のところ不明です。

^{Mg 2+}イオンは、最初はその水和殻を通してあらゆる輸送タンパク質と相互作用するだろうと推測されている。 ^{[40]コバルト(III)ヘキサアミン、Co(III)Hexは、Mg 2+}を含むいくつかの二価カチオンの最初の水和殻の共有結合した（非不安定な）類似体である。Co(III)Hex分子の半径は244 pmで、Mg ^{2+の最初の水和殻の半径250 pmと非常に似ている。この類似体は、Mg 2+}、Co ²⁺ 、またはNi ²⁺よりも、CorA輸送システムの強力な阻害剤である。^[41] Co(III)Hex阻害のさらなる強さは、タンパク質が基質を「脱水」できないために輸送孔がブロックされることから生じる可能性がある。また、Co(III)Hexは細胞内に輸送されないことも示されており^{[41]、通常の基質（Mg 2+} ）の輸送には少なくとも部分的な脱水が必要であることが示唆されている。半径255 pmのニッケル（II）ヘキサアミンはCorA輸送システムを阻害しなかったことから、CorA基質イオンの結合には最大サイズ制限が存在することが示唆されている。^{[41]これらの結果は、CorAによるMg 2+}の認識に関係する重要な特性は、最初の水和殻を持つイオンのサイズであることを示唆している。したがって、裸のMg ²⁺イオンから水和したMg 2+イオンへの体積変化として一般的に引用される、2番目の水和球を含めた500倍を超える変化は、生物学的に関連性がない可能性があり、56倍という最初の球の体積変化がより一般的に使用される理由である可能性がある。

これら2つの遺伝子の存在が最初に疑われたのは、ネルソンとケネディ（1972）^[25]が大腸菌にMg ²⁺抑制型と非抑制型のMg ²⁺取り込みシステムがあることを示したときだった。Mg ²⁺の非抑制型取り込みはCorAタンパク質によって媒介される。S . typhimuriumでは、抑制型Mg ²⁺取り込みは最終的にMgtAとMgtBタンパク質を介していることが示された。^[37]

MgtA と MgtB は両方とも PhoPQ システムによって制御され、 S. typhimuriumによるヒト患者の感染過程で活発に転写される。^{[31] [42] [43]}どちらの遺伝子も病原性には必須ではないが、MgtB タンパク質は細胞内での病原体の長期生存を促進する。^[44]これらの遺伝子は、Mg ²⁺濃度が 50 μM を下回ると、 in vitro でアップレギュレーションも行われる (Snavely et al. , 1991a)。これらのタンパク質は、km 値が CorA と似ており、輸送速度が約 10 倍低いが、Mg ²⁺除去システムの一部である可能性がある。Chamnongpol と Groisman (2002) は、これらのタンパク質の役割は、PhoPQ レギュロンによる CorA タンパク質の不活性化を補うことである可能性があるという証拠を示している。^{[30]著者らは、感染後に}S.typhimurium細胞がさらされる 低Mg2 ⁺環境では、CorAタンパク質が不活性化され、タンパク質を介した金属毒性を回避できると示唆している。

これらのタンパク質は両方ともP型ATPaseであり^{[38] [45]}、どちらの遺伝子もCorAとの類似性を示しません。MgtAとMgtBタンパク質は75%類似（50%同一）ですが、MgtBはサルモネラ病原性アイランド3の一部として水平遺伝子伝播によって獲得された可能性があります^{。[45] [46]} MgtBタンパク質のTMトポロジーは実験的に決定されており、タンパク質は10個のTMにまたがるヘリックスを持ち、タンパク質の末端は細胞質内にあります（図を参照）。MgtAは多種多様な細菌に存在しますが、CorAほど一般的ではなく、一方、MgtBはかなり限られた分布をしているようです。^[47]この異常な分布に関する仮説は提案されていません。

この図は、Smith et al. (1993b) ^{[48]から改変したもので、} S. typhimuriumの MgtB タンパク質の実験的に決定された膜トポロジーを示しています。TM ドメインは水色で示され、膜内の方向と N 末端と C 末端の位置が示されています。この図は縮尺通りに描かれていません。

MgtAとMgtBタンパク質は非常に類似していますが、活性には若干の違いがあります。MgtBは温度に非常に敏感で、 20℃の温度では（Mg2 ⁺輸送に関して）すべての活性を失います。 ^[38]さらに、MgtBとMgtAは異なる範囲のカチオンによって阻害されます（表A10.1 ^[38]）。

この表には、 S. typhimuriumの MgtA および MgtB タンパク質の陽イオン輸送特性と、37 °C での MgtA および MgtB 輸送タンパク質の速度論データが記載されています。^[38]括弧内に記載されている Vmax の数値は、20 °C での取り込みの数値です。Mg ²⁺輸送の Mn ²⁺による MgtA 経由の阻害は、異常な速度論を示しました (Snavely et al.、1989b ^[38]の図 1 を参照)。

MgtA および MgtB タンパク質は ATPase であり、輸送サイクルごとに 1 分子の ATP を使用しますが、CorA を介したMg ^{2+ の取り込みは単純に電気化学的に有利です。Chamnongpol および Groisman (2002) は、MgtA および MgtB タンパク質が金属毒性回避システムの一部を形成することを示唆しています。 [30]}あるいは、ほとんどの P 型 ATPase が排出媒介トランスポーターとして機能するため、MgtA および MgtB タンパク質は現在未確認の陽イオンの排出タンパク質として機能し、Mg ²⁺輸送は非特異的であるか、輸送プロセスの電気的中性を維持するために交換されるのではないかと示唆されています。^[49]これらのタンパク質の生理学的機能を定義するには、さらなる実験が必要になるでしょう。

マネージメント
マグネシウムトランスポーターMgtEの結晶構造。PDB 2zy9 [50]
識別子
シンボル	マネージメント
パム	PF01769
インタープロ	著作権
TCDB	1.A.26
OPMタンパク質	2yvx
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   ＰＤＢ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

2 つの論文では、 MgtA/B や CorA とは無関係な細菌の4 番目の Mg ^{2+取り込みタンパク質である MgtE について説明しています。 [3] [4]}この遺伝子は配列決定されており、312 アミノ酸のサイズのタンパク質には、タンパク質の C 末端部分に近接して配置された 4 つまたは 5 つの TM スパニング ドメインが含まれていると予測されています (図を参照)。このタンパク質領域は、Pfamデータベースで保存されたタンパク質ドメイン (PF01769) として特定されており、このタンパク質ドメインを持つタンパク質を含む種は、真正細菌と古細菌全体にほぼ均等に分布していますが、CorA の分布と比較すると非常にまれです。ただし、このドメインを含むタンパク質の多様性は、CorA ドメインの多様性よりも大幅に大きいです。Pfam データベースには、MgtE ドメインを含むタンパク質の 7 つの明確なグループがリストされており、そのうち 6 つには古細菌または真正細菌のメンバーが含まれています。MgtE の発現は、保存された RNA 構造、YkoK リーダー、または M ボックスによって頻繁に制御されます。^[51]

右の図は、Smith et al. (1995) ^[4]およびPFAMデータベースのエントリから引用したもので、バチルス・フィルムスOF4のMgtEタンパク質のコンピューター予測膜トポロジーを示しています。TMドメインは水色で示されています。CBSドメインは、そのドメインが同定されたタンパク質、シスタチオニンβシンターゼにちなんで名付けられ、オレンジ色で示され、Pfamデータベースでは調節ドメインとして同定されていますが、その作用機序はまだ説明されていません。これらは、いくつかの電位依存性塩素イオンチャネルに見られます。^[52]膜内の方向とN末端およびC末端の位置が示されています。この図は縮尺どおりに描かれていません。このトランスポーターは、最近、X線結晶構造解析によって構造が解明されました。^[53]

MgtE遺伝子は、細菌中のCorA様タンパク質のスクリーニング中にSmithら（1995）によって初めて同定され、Mg ²⁺取り込み欠損S. typhimurium株MM281（corA mgtA mgtB）を補完し、標準培地での野生型の増殖を回復させます。^{[4] 28} Mg ²⁺が利用できなかったため、タンパク質のMg ²⁺輸送の速度論は決定されませんでした。代わりに、⁵⁷ Co ²⁺の取り込みが測定され、kmが82 μM、Vmaxが354 pmol min ⁻¹ 10 ⁸ cells ⁻¹であることが示されました。Mg ^2+はKiが50 μMの競合阻害剤でした。CorAを介した⁶⁰ Co ^{2+取り込みのMg 2+}阻害のKiは10 μMです。^[2] MgtAとCorAの利用可能な速度論データの比較を表に示します。明らかに、MgtEはCorAほどCo ^2+を輸送せず、Mg ²⁺による輸送阻害も効率が低いことから、MgtEのMg ²⁺に対する親和性はCorAよりも低いと考えられます。Co ²⁺の取り込みを最も阻害したのはZn ²⁺で、Kiは20μMでした。^{[4]このタンパク質によるZn 2+}の輸送は、Mg ²⁺の輸送と同じくらい重要である可能性があります。

この表は、MgtE と CorA の輸送速度の比較を示しており、それらの主要な速度パラメータ値が記載されています。示されているように、データは異なるインキュベーション温度で生成されています。km と Ki は、異なるインキュベーション温度によって大きく変化しません。逆に、Vmax は温度と強い正の相関関係を示しているため、MgtE の Co ²⁺ Vmax の値は CorA の値と直接比較することはできません。

^{酵母がMg 2+を}取り込むことを示す最も古い研究は、 Schmidtら(1949)によるものと思われます。しかし、これらの著者は、酵母のMg ²⁺含有量の変化を論文内の表に示しただけで、報告書の結論はリン酸の代謝だけを扱っていました。Rothsteinによる一連の実験^{[54] [55]}は、焦点を金属陽イオンの取り込みに移し、酵母が次の親和性系列で陽イオンを取り込むことを示しました：Mg ²⁺、Co ²⁺、Zn ²⁺ > Mn ²⁺ > Ni ²⁺ > Ca ²⁺ > Sr ²⁺。さらに、異なる陽イオンの輸送は同じ輸送システムによって媒介されることが示唆されました^{[55] [56] [57] [58]} — 細菌の場合と非常によく似た状況です。

1998年、マクディアミッドとガードナーは、サッカロミセス・セレビシエで観察された陽イオン輸送表現型の原因となるタンパク質をついに特定しました。^[5]このシステムに関与する遺伝子と、遺伝子がクローン化された後に機能的に有意に特定された2番目のミトコンドリアMg ²⁺輸送システムについては、以下のセクションで説明します。

^{酵母におけるAl3 +}耐性（抵抗性）のスクリーニングで、ALR1とALR2という2つの遺伝子が単離されました。 ^[5]酵母ゲノムDNAを含む過剰発現コンストラクトを野生型酵母に導入し、形質転換体を毒性レベルのAl3+で増殖するかどうかをスクリーニングしました^。ALR1とALR2を含むプラスミドにより、これらの条件下で酵母の増殖が可能になりました。

Alr1p および Alr2p タンパク質は、それぞれ 859 個と 858 個のアミノ酸から構成され、70% が同一です。C 末端の領域では、これらのタンパク質の半分が完全な CorA タンパク質とわずかに類似しています。コンピューターで予測された Alr1p の TM トポロジーを図に示します。3 番目の TM ドメインの存在は、配列相同性の強さに基づいて MacDiarmid および Gardner (1998) ^[5]によって示唆され、最近では、突然変異誘発研究の強さに基づいて Lee および Gardner (2006) ^[59]によって示唆され、これらのタンパク質の TM トポロジーは CorA のトポロジーに近くなりました (図を参照)。また、Alr1p は TM 2 (TM 2') の外側の端に保存された GMN モチーフを含んでおり、このモチーフのメチオニン (M) がロイシン (L) に変異すると、輸送能力が失われます。^[59]

この図は、Alr1p の 2 つの TM トポロジーを示しています。図のパート A は、酵母における Alr1p タンパク質のコンピューター予測膜トポロジーを示し、パート B は Lee と Gardner (2006) の実験結果に基づく Alr1p のトポロジーを示しています。^[59] GMN モチーフの位置は赤で示され、TM ドメインは水色で示されています。膜内の方向と N 末端および C 末端の位置が示され、可溶性ドメインのさまざまなサイズがアミノ酸 (AA) で示され、TM ドメインは CorA との類似性によって番号が付けられています。TM ドメインが欠落している場合、残りのドメインにはプライムが付けられています。この図は縮尺どおりに描かれていません。3 つ目の ALR 様遺伝子はS. cerevisiaeに存在し、 Schizosaccharomyces pombeとNeurospora crassaの両方に 2 つの相同遺伝子があります。これらのタンパク質には、2 番目のN. crassa遺伝子を除いて、CorA と同様の GMN モチーフが含まれています。菌類以外の種では ALR のような遺伝子は確認されていません。

膜分画および緑色蛍光タンパク質（GFP）融合研究により、Alr1pは細胞膜に局在することが立証された。^{[60] [61]} Alr1pの局在は、細胞外カチオンに反応して液胞に取り込まれ、分解されることが観察された。非常に低い細胞外濃度（100 μM、標準培地のMg ^{2+含有量の< 10%）のMg 2+}、および比較的高い濃度（標準培地の> 20×）のCo ²⁺およびMn ^2+は、Alr1pタンパク質の局在の変化を誘導し、その効果は機能的ユビキチン化、エンドサイトーシスおよび液胞分解に依存していた。^{[60]このメカニズムは、酵母によるMg 2+}の取り込みを制御できるようにすると提案された。しかし、最近の報告^{[61]は、Stadlerら[60]}による観察のいくつかは再現性がなかったことを示している。^[61]例えば、Mg ²⁺供給によるALR1 mRNA蓄積の調節は観察されず、Alr1タンパク質の安定性は過剰なMg ²⁺への曝露によって低下しませんでした。定常低Mg条件下でのAlr1タンパク質のMg依存的蓄積の最初の観察は再現されましたが、この効果は、検出を可能にするためにタンパク質に小さなペプチド（エピトープ）を追加したことによって引き起こされたアーティファクトであることが示されました。これらの問題にもかかわらず、Alr1活性はMg供給に反応することが実証されており、^[61]一部の細菌CorAタンパク質で観察されたように、タンパク質の活性が直接調節されていることを示唆しています。^[19]

機能的なAlr1p（野生型）またはAlr2p（過剰発現）は、標準条件（4 mM Mg ^{2+ [5] ）での}S. cerevisiaeの増殖に必要であり、Alr1pは30 μMという低いMg ²⁺濃度でも正常な増殖をサポートできます。 ^{[60] 57} Co ²⁺は、77～105 μMのkmでAlr1pタンパク質を介して酵母に取り込まれます（; ^{[56] C. MacDiarmidおよびRC Gardner、未発表データ）が、この輸送のMg 2+}阻害のKiは現在不明です。 Alr1pタンパク質による他の陽イオンの輸送は、酵母の増殖阻害によって試験されました。 Alr1pの過剰発現は、Ca ²⁺、Co ²⁺、Cu ²⁺、La ³⁺、Mn ²⁺、Ni ²⁺、Zn ²⁺に対する感受性の増加をもたらし、これらの陽イオンは、CorAのような輸送システムによって酵母に輸送されることが示されているものと同様の一連の陽イオンである。^[5]輸送体の存在下で陽イオンの毒性が増加するのは、細胞内の陽イオンの蓄積が増加するためであると考えられている。

^{Alr1pが主にMg 2+}トランスポーターであるという証拠は、Alr1pの喪失により細胞全体のMg ^{2+含有量が減少するが、他の陽イオンは減少しないことである。さらに、酵母または}アフリカツメガエル卵母細胞でAlr1pが生成された2つの電気生理学的研究では、タンパク質の存在下でMg ²⁺依存性電流が示された。 ^[62] Salih et al.、準備中。

^{Alr1pによるMg 2+}の取り込みの速度論は、酵母細胞全体に対する電気生理学的手法によって研究されている。^{[62]その結果、Alr1pはイオン選択チャネルとして機能する可能性が非常に高いことが示唆された。同じ論文で、著者らはAlr1pによるMg 2+の}輸送は200 pAから1500 pAまで変化し、平均電流は264 pAであると報告している。電流を生成するタンパク質の量は定量化されていないため、結果は細菌のMg ²⁺輸送タンパク質との比較に欠ける。

²⁸ Mg ²⁺放射性トレーサー分析や mag-fura 2 による Mg ²⁺取り込み測定の代替技術は、Alr1p ではまだ使用されていません。28 ^{Mg 2+}は現在利用できず、mag-fura 2 システムでは酵母での単純な取り込みデータが得られそうにありません。酵母細胞はMg ²⁺の不均一な分布を維持しており^[63]、酵母内の複数のシステムが Mg 2+ を貯蔵区画に輸送していることを示唆しています^{。この内部輸送により、取り込みプロセスが隠される可能性が非常に高くなります。Mg 2+取り込み}遺伝子を持たないS. typhimuriumでの ALR1 の発現は代替手段となる可能性がありますが、前述のように、異種発現システムの影響を考慮する必要があります。

MNR2 遺伝子は Alr タンパク質に密接に関連するタンパク質をコードしますが、真菌ゲノム内の CorA タンパク質の明確なサブグループを定義する保存された特徴を含み、Mg ²⁺恒常性における明確な役割を示唆しています。alr1 変異体と同様に、mnr2 変異体の成長は Mg ²⁺欠乏条件に敏感でしたが、mnr2 変異体はこれらの条件下で野生型株よりも多くの Mg ^{2+ を蓄積することが観察されました。 [64]これらの表現型は、Mnr2 が細胞内区画内での Mg 2+}貯蔵を制御する可能性があることを示唆しています。この解釈と一致して、Mnr2 タンパク質は、酵母による過剰なミネラル栄養素の貯蔵に関与する内部区画である液胞の膜に局在していました。 Mnr2 の発現増加によって一部の Mnr2 タンパク質が細胞表面にリダイレクトされ、alr1 alr2 二重変異株の Mg 2+^{要求性も抑制されたという観察から、Mg 2+}輸送における Mnr2 の直接的な役割が示唆された。mnr2 変異は他の二価カチオンの蓄積も変化させたことから、この変異によって Alr 遺伝子発現またはタンパク質活性が増加する可能性があることが示唆された。最近の研究^[61]では、mnr2 変異株で Alr1 活性が増加し、この変異が Mnr2 野生型株で観察されるよりも高い外部 Mg 濃度での Alr1 活性の誘導に関連していることが示され、このモデルが裏付けられた。これらの効果は Alr1 タンパク質の蓄積に変化がなくても観察されたことから、この場合も Alr1 活性は細胞内の Mg 濃度によって直接制御される可能性があることが示された。

^{ALR遺伝子と同様に、MRS2遺伝子は、Mg 2+}トランスポーターとして同定される前にクローン化され、配列決定されました。MRS2遺伝子は、ミトコンドリア遺伝子RNAスプライシング変異の抑制因子のスクリーニングにおいて酵母の核ゲノムで同定され、^{[65] Wiesenberger}ら（1992）によってクローン化され、配列決定されました。 ^{[66] Mrs2pは、Bui}ら（1999）まで推定Mg ²⁺トランスポーターとして同定されていませんでした。 ^[6] Greganら（2001a）は、MRS2との相同性によりLPE10を同定し、LPE10とMRS2の両方の変異体が酵母ミトコンドリアのMg ²⁺含有量を変え、細胞小器官のRNAスプライシング活性に影響を与えることを示しました。^{[67] [68]} Mg2 ⁺輸送はMrs2pによって直接媒介されることが示されているが、^[18] Lpe10pではそうではない。

Mrs2p および Lpe10p タンパク質はそれぞれ 470 および 413 アミノ酸残基のサイズで、タンパク質の中央にある 250～300 アミノ酸領域は完全な CorA タンパク質と弱い類似性を示しています。Mrs2p および Lpe10p タンパク質の TM トポロジーはプロテアーゼ保護アッセイ^{[6] [67]}を使用して評価されており、図に示されています。TM 1 および 2 は CorA タンパク質の TM 2 および 3 に対応しています。保存された GMN モチーフは最初の TM ドメインの外側の端にあり、このモチーフのグリシン (G) が Mrs2p でシステイン (C) に変異すると、Mg ²⁺輸送が大幅に減少しました。^[18]

この図は、Bui et al. (1999) ^[6]および Gregan et al. (2001a) ^[67]を参考にして実験的に決定されたMrs2p および Lpe10p のトポロジーを示しています。GMN モチーフの位置は赤で示され、TM ドメインは水色で示されています。膜内の方向と N 末端および C 末端の位置が示されています。可溶性ドメインのさまざまなサイズはアミノ酸 (AA) で示され、TM ドメインには番号が付けられており、図は縮尺通りに描かれていません。

Mrs2pは細胞内分画と免疫検出によりミトコンドリア内膜に局在することが確認されている^[6]。また、Lpe10pはミトコンドリアに局在することが確認されている^{[67]。Mrs2pを欠くミトコンドリアはMg 2+の}急速な取り込みを示さず、ゆっくりとした「漏出」のみを示し、Mrs2pの過剰蓄積は取り込みの初期速度の増加につながる。^[18]さらに、CorAは、Mrs2pのミトコンドリアリーダー配列に融合されると、Mrs2pまたはLpe10pのいずれかの喪失によってもたらされるミトコンドリアの欠陥を部分的に補完することができる。したがって、Mrs2pおよび/またはLpe10pは、ミトコンドリアの主要なMg ²⁺取り込みシステムである可能性がある。どちらのタンパク質も（過剰発現した場合）もう一方のタンパク質の喪失を完全に補完できないため、タンパク質がヘテロ二量体を形成する可能性もある。^[67]

^{Mrs2pによる単離ミトコンドリアにおけるMg 2+}の取り込みの特性は、mag-fura 2を使用して定量化された。 ^{[18] Mrs2pによるMg 2+}の取り込みは、CorAといくつかの特性を共有している。第一に、Mg ²⁺の取り込みは、境界膜を横切る電位（ΔΨ）に直接依存していた。第二に、取り込みはΔΨが理論的に許容する値よりはるかに低い値で飽和するため、Mrs2pによるMg ²⁺の輸送は、おそらくタンパク質の不活性化によって、CorAと同様の方法で制御される可能性が高い。第三に、バリノマイシンによるミトコンドリア膜の人工的な脱分極により、Mrs2pを介してMg ^{2+の流出が観察された。最後に、Mrs2pを介したMg 2+の}流出は、コバルト（III）ヘキサアミンによって阻害される。^[18]

^{Mrs2pによるMg 2+}の取り込み速度は、細菌におけるCorAに関するFroschauerら（2004）の論文で決定された。^{[19]遊離Mg 2+}濃度の初期変化は、野生型では150μM s-1、MRS2を過剰発現する酵母のミトコンドリアでは750μM s-1であった。観察された輸送を存在するトランスポーターの量にスケールする試みは行われなかった。

^{パラメシウムへのMg 2+}の輸送は、主にRRプレストンと彼の同僚によって特徴付けられてきました。ヘインズら（2002）によって遺伝子がクローン化される前に、一連の論文^{[69] [70] [71] [72]で、パラメシウム全体に対する電気生理学的手法が使用され、Mg 2+}電流が特定され、特徴付けられました。^[7]

XNTA遺伝子のオープンリーディングフレームは1707bpの大きさで、2つのイントロンを含み、550アミノ酸のタンパク質を生成すると予測されています。^[7]このタンパク質は11のTMドメインを含むと予測されており、SLC8（Na + /Ca ²⁺交換輸送体^[73]）およびSLC24（K +依存性Na + /Ca ²⁺交換輸送体^[74]）ヒト溶質輸送タンパク質のα1およびα2モチーフ（図を参照）も含んでいます。XntApはアミノ酸配列ではSLC8およびSLC24タンパク質ファミリーに等しく類似していますが、予測されるTMトポロジーはSLC24のものに似ていますが、類似性はせいぜい弱いものであり、関係は非常に遠いものです。^[7]植物由来のAtMHXタンパク質もSLC8タンパク質と遠い関係を共有しています。

この図は、XntAp の予測される TM トポロジーを示しています。Haynesら(2002) ^[7]の図を改変したもので、パラメシウムにおける XntAp のコンピューター予測膜トポロジーを示しています。膜内の方向は HMMTOP を使用して決定されました。^{[75] [76]} TM ドメインは水色で示され、α1 および α2 ドメインは緑色で示されています。膜内の方向と N 末端および C 末端の位置が示されており、図は実際の縮尺ではありません。

XntAp によって運ばれるMg ²⁺依存性電流は、速度論的にはチャネルタンパク質のものと似ており、イオン選択性の順序は Mg ²⁺ > Co ²⁺、Mn ²⁺ > Ca ²⁺であり、これも CorA の順序と非常によく似ている。^[72]これまで報告された他の輸送タンパク質とは異なり、XntAp は細胞内 Ca ²⁺に依存する。輸送は ΔΨ にも依存するが、やはり Mg ^{2+ は}平衡まで輸送されず、細胞質内の遊離 Mg ^{2+は約 0.4 mM に制限される。この結果により、はるかに高い遊離 Mg 2+}濃度(8 mM) を持つ細胞内コンパートメントの存在が裏付けられた。

人間を含む動物におけるMg ²⁺の研究は、細菌や酵母の研究に比べて遅れています。これは、関係するシステムの複雑さが主な理由ですが、この分野内では Mg ²⁺はすべての細胞で高レベルに維持されており、外部の影響によって変化しないという印象があったためです。この 25 年ほどで、一連の報告がこの見解に異議を唱えるようになりました。新しい方法論により、遊離 Mg ²⁺含有量は、変化が細胞代謝に影響を与える可能性のあるレベルで維持されていることがわかりました。^[77]

配列データベースのバイオインフォマティクス検索により、酵母のMRS2遺伝子の相同遺伝子がさまざまな後生動物で特定されました。^[8]このタンパク質は酵母タンパク質と非常によく似た配列と予測されるTMトポロジーを持ち、最初のTMドメインの末端のGMNモチーフはそのまま残っています。ヒトタンパク質hsaMrs2pは、GFP融合タンパク質を使用してマウス細胞のミトコンドリア膜に局在しています。

哺乳類におけるタンパク質のMg ²⁺輸送特性についてはほとんど知られていないが、Zsurkaら（2001）は、ヒトMrs2pが酵母ミトコンドリアMg ²⁺取り込みシステムにおいてmrs2変異体を補完することを示した。^[8]

後生動物におけるこの遺伝子ファミリーの同定は、分泌タンパク質と膜タンパク質を単離するためのシグナル配列トラップ法から始まりました。^[9]同定の多くはバイオインフォマティクス解析によるものです。最終的にヒトで3つの遺伝子、マウスでさらに3つ、Caenorhabditis elegansで3つ、 Anopheles gambiaeで1つの遺伝子が同定されました。pFAMデータベースでは、MgtEドメインがpFAM01769としてリストされており、さらにDrosophila melanogasterでMgtEドメインを含むタンパク質が特定されています。MgtEドメインを含むタンパク質は、各タンパク質の識別可能なドメインの種類と構成を使用してpFAMによって定義されるように、7つのクラスに分類できます。後生動物のタンパク質は、7つのグループのうち3つに存在します。すべての後生動物タンパク質は2つのMgtEドメインを含みますが、これらのいくつかはコンテキスト認識によってのみ予測されています（Coin、Bateman、Durbin、未発表。詳細についてはpFAMのWebサイトを参照してください）。

ヒトの SLC41A1 タンパク質には、PF01769 コンセンサス配列とそれぞれ 52% と 46% の類似性を持つ 2 つの MgtE ドメインが含まれており、各 MgtE ドメインに 5 つずつ、合計 10 個の TM ドメインが含まれると予測されています (図を参照)。これは、細菌の MgtE タンパク質が二量体として機能する可能性があることを示唆しています。

この図はWabakken et al. (2003) ^[9]およびpFAMデータベースから引用したもので、H. sapiensにおけるMgtEのコンピューター予測膜トポロジーを示している。TMドメインは水色で示され、膜内の方向とN末端とC末端の位置が示されているが、図は実際の縮尺ではない。

Wabakkenら（2003）^{[9]は、SLC41A1遺伝子の転写産物が、検査したすべてのヒト組織で発現しているが、発現レベルはさまざまであり、心臓と精巣で遺伝子の発現が最も高かったことを発見した。Mg 2+}関連の生理学 に関して、発現パターンの説明は示されていない。

SLC41タンパク質がMg ^{2+を輸送するのか、あるいはMg 2+}輸送変異を補完するのかは、いかなる実験システムでも示されていません。しかし、MgtEタンパク質には他に既知の機能がないため、細菌と同様に後生動物でもMg ²⁺輸送体である可能性が高いことが示唆されています。 ^{[9]これは、Mg 2+}輸送を調べるための現在標準的な実験システムの1つを使用して検証する必要があります。

ヒト細胞におけるTRPM遺伝子とタンパク質の研究は、最近熱心に研究され、時には議論されている分野です。Montellら(2002) ^{[78]はTRP遺伝子の研究をレビューしており、Montell(2003) [79]}による2番目のレビューではTRPM遺伝子の研究をレビューしています。

TRPMイオンチャネルファミリーは、多細胞生物全体に分布しています。TRPM6およびTRPM7タンパク質は非常に珍しく、イオンチャネルドメインとキナーゼドメインの両方を含んでおり（図1.7）、その役割は最も白熱した議論を引き起こしています。^[79]

これら2つのタンパク質の活性を定量化することは非常に困難でした。TRPM7自体はCa ²⁺チャネルのようですが^[80]、TRPM6が存在すると、輸送される陽イオンの親和性シリーズにより、Mg ^2+がCa ²⁺より上になります。^{[10] [81]}報告されたコンダクタンスの差は、これらの遺伝子の発現パターンによって引き起こされました。TRPM7は、これまでテストされたすべての細胞タイプで発現していますが、TRPM6はより制限された発現パターンを示しています。^{[82] Voets}ら(2004) ^[83]による実験システムの不幸な選択により、TRPM6は機能的なMg ²⁺トランスポーターであるという結論が導かれました。しかし、その後のChubanovら(2004) ^[82]による研究では、TRPM7はTRPM6の活性に必要であり、Voetsらの結果は、Voetsらが実験で使用した実験細胞株におけるTRPM7の発現によって説明されることが明確に示されました。 TRPM6 が単独で機能するかどうかはまだ判明していません。

TPRM6 および TRPM7 タンパク質の予測される TM トポロジーは、Nadler ら(2001)、^[10]、 Runnelsら(2001) ^[84]、および Montellら(2002) ^{[78]から引用したものです。この図は、}ホモサピエンスの TRPM6 および TRPM7 タンパク質のコンピューター予測膜トポロジーを示しています。現時点では、示されているトポロジーは暫定的な仮説と見なす必要があります。TM ドメインは水色、ポアループは紫、TRP モチーフは赤、キナーゼドメインは緑で示されています。膜内の方向と N 末端および C 末端の位置が示されており、図は実際の縮尺ではありません。

Voetsら（2004）^[83]の論文の結論は、Mg ²⁺依存性電流をTRPM7のみに帰属させる点でおそらく誤りであり、その運動データはTRPM7/TRPM6チャネルの組み合わせを反映している可能性が高い。この報告書は、電気生理学的手法と細胞質遊離Mg 2+の変化を決定するためのmag-fura 2の両方に基づいて、Mg 2+を通過させるチャネルのような活動と一致する堅牢な^{データコレクション}を提示している。

クローディンは、細胞間経路を介した^{マグネシウム}輸送を可能にする。つまり、上皮細胞層を形成する細胞間のタイトジャンクションを介したイオン輸送を仲介する。特にクローディン-16は、ヒト腎臓におけるマグネシウムの選択的再取り込みを可能にする^。CLDN19遺伝子に変異を持つ患者の中には、マグネシウム輸送が変化している者もいる。^{[85] [86]}

Claudin-16遺伝子はSimonら（1999）^[12]によってクローン化されたが、これは一連の報告で遺伝子やタンパク質なしでMg ^{2+フラックスそのものが記述された後のことであった。 [87] [88] [89]}この遺伝子の発現パターンはRT-PCRによって決定され、髄質の太い下行脚から遠位曲尿細管まで走る腎尿細管の連続領域に非常に厳密に限定されていることが示された。^{[12]この局在は、腎臓によるMg 2+の}再取り込みの位置に関する以前の報告と一致していた。クローン化後、高カルシウム尿症および腎石灰化症を伴う家族性低マグネシウム血症の患者で遺伝子の変異が特定され、^{[90] [91]この遺伝子とMg 2+}の取り込みとの関連が強まった。

^{植物における Mg 2+}輸送の分子メカニズムに関する現在の知識は非常に限られており、植物における Mg ²⁺輸送の分子的基礎を報告している出版物は 3 件のみです。^{[13] [14] [15]しかし、植物に対する Mg 2+}の重要性は十分に説明されており、Mg ²⁺の効果に関する生理学的および生態生理学的研究は数多くあります。このセクションでは、植物で特定され、CorA と遠縁の遺伝子ファミリーに関する知識を要約します。この遺伝子ファミリーおよび CorA とは無関係の別の遺伝子、Mg ²⁺ /H ⁺交換遺伝子 (AtMHX ^[15] ) も特定されており、液胞膜に局在しており、最後に説明します。

Schockら（2000）は、酵母のMRS2遺伝子との類似性に基づいて、ファミリーAtMRS2を同定し命名した。^[13]著者らはまた、AtMRS2-1遺伝子がΔmrs2酵母変異体表現型を補完できることを示した。独立して、Liら（2001）^{[14]は、ファミリーを同定し、2つの追加メンバーが}S.typhimuriumとS.cerevisiaeのMg2 ⁺輸送欠損変異体を補完できることを示す報告書を発表した。

^{Mg 2+ を}輸送することがわかっている 3 つの遺伝子は、AtMRS2-1、AtMRS2-10、AtMRS2-11 で、これらの遺伝子はそれぞれ 442、443、459 アミノ酸のサイズのタンパク質を生成します。各タンパク質は、酵母の Mrs2p と高い類似性を示し、細菌の CorA と弱い類似性を示し、最初の TM ドメインの外側の端に保存された GMN アミノ酸モチーフを含み、2 つの TM ドメインを持つことが予測されます。

AtMRS2-1遺伝子は、MRS2プロモーターから酵母で発現され、C末端でMrs2pタンパク質の最初の95アミノ酸に融合されると、ミトコンドリアに誘導され、そこでΔmrs2変異体を表現型的に（ミトコンドリアRNAスプライシングが回復した）および細胞小器官のMg ^{2+含有量に関して補完した。 [13]輸送速度論に関するデータは提示されていない。AtMRS2-11遺伝子は酵母（alr1 alr2株）で分析され、そこで、炎原子吸光分光法を使用して細胞全体のMg 2+}含有量を測定したところ、遺伝子の発現により、飢餓細胞へのMg ²⁺の取り込み率が対照よりも大幅に増加することが示された。しかし、Alr1pは低い細胞外濃度でのMg ^2+の輸送において有意に効果的であることが示されており、これはAtMRS2-11のMg ²⁺に対する親和性がAlr1pよりも低いことを示唆している。^[14]アフリカツメガエル卵母細胞におけるAtMRS2-11タンパク質の電気生理学的（電圧クランプ）分析でも、内部の膜電位（ΔΨ）が-100～-150 mVのときにMg ^{2+依存性電流が示された。 [92]}これらの値は生理学的に重要であり、植物のいくつかの膜はこの範​​囲でΔΨを維持している。しかし、著者はAtMRS2-11タンパク質を含む卵母細胞が明らかに「死」を迎えたため、これらの結果を再現するのが困難であったため、これらの結果は慎重に検討する必要がある。

AtMRS2-10トランスポーターは、放射性トレーサー取り込み分析を使用して分析されています。^[14] 63Ni ²⁺が置換イオンとして使用され、Mg ^{2+は20μMのKiで63Ni 2+}の取り込みを阻害することが示されました。取り込みはCo(III)Hexや他の二価カチオンによっても阻害されました。Co ²⁺とCu ²⁺のみが1mM未満のKi値で輸送を阻害しました。

AtMRS2-10タンパク質はGFPと融合され、細胞膜に局在することが示された。^[14]同様の実験がSchockら(2000)の論文でも試みられたが^{[13] 、観察された局在は融合されていないGFPで観察されたものと有意に異なっていなかった。Schock}らの論文でAtMRS2-1の明確な局在が示されなかった最も可能性の高い理由は、著者らがタンパク質からTMドメインを除去したため、膜への挿入が不可能になったことである。

植物における AtMRS2-1 および AtMRS2-10 タンパク質の正確な生理学的意義はまだ明らかにされていない。AtMRS2-11 遺伝子は、A. thaliana で過剰発現している (CaMV 35S プロモーターから)。^[92]トランスジェニック ラインは、AtMRS2-11 転写産物を高レベルで蓄積することが示されている。強い Mg ²⁺欠乏表現型 (葉の壊死斑点、以下の第 1.5 章を参照) が、ホモ接合体ラインのスクリーニング プロセス中に記録された (T1 世代と T2 世代の両方で) が、この表現型は T3 世代で失われ、以前の世代を 2 度目にスクリーニングしたときには再現できなかった。著者は、環境の影響が一貫性のない表現型の原因である可能性が最も高いと示唆した。

多細胞生物で初めて単離されたマグネシウム輸送体であるAtMHXは、これまでに単離されたMg ²⁺輸送タンパク質との類似性を示しません。^{[15]この遺伝子は、ヒトのNa+/Ca 2+}交換遺伝子のSLC8ファミリーとの類似性により、A. thalianaゲノムDNA配列データベースで最初に特定されました。

1990 bp の cDNA 配列は、539 アミノ酸のタンパク質を生成すると予測されています。AtMHX はアミノ酸レベルで SLC8 ファミリーと非常に密接に関連しており、11 個の予測される TM ドメインとトポロジーを共有しています (図 A10.5)。配列には 1 つの大きな違いがあり、長い非膜ループ (図 A10.5 を参照) は AtMHX タンパク質では 148 アミノ酸ですが、SLC8 タンパク質では 500 アミノ酸です。ただし、このループは十分に保存されておらず、SLC8 ファミリーの輸送機能には必要ありません。^[15]

AtMHX遺伝子は植物全体で発現しているが、最も強く発現しているのは維管束組織である。^[15]著者らは、このタンパク質の生理学的役割は、これらの組織にMg2 ^+を貯蔵し、必要に応じて放出することであると示唆している。タンパク質が液胞膜に局在していることは、この示唆を裏付けている（第1.5章も参照）。

このタンパク質は、電気生理学的手法によって実証されているように、Mg ²⁺を液胞腔に輸送し、H ^{+を外に輸送します。 [15]この輸送は、H +} -ATPaseによって液胞腔 (pH 4.5 – 5.9) と細胞質 (pH 7.3 – 7.6) の間で維持される ΔpH によって駆動されます。^{[93] [94]このタンパク質による Mg 2+}の輸送がどのように制御されるかは決定されていません。電流は両方向にタンパク質を通過することが観察されましたが、Mg ²⁺外への電流には「細胞質」pH 5.5 が必要であり、これは通常の状況下では植物細胞に見られない条件です。Mg ²⁺の輸送に加えて、Shaulらは、（1999）^[15]はまた、このタンパク質がZn2 ⁺とFe2 ^{+を輸送できることを示したが、他の二価カチオン（例えばCo2 +}やNi2 ⁺ ）を輸送する能力やコバルト（III）ヘキサアミンによる阻害に対する感受性については報告していない。

^{AtMHX の Mg 2+}輸送の詳細な動態は明らかにされていません。しかし、生理学的効果は実証されています。CaMV 35S プロモーターによって駆動される AtMHX 遺伝子の過剰発現コンストラクトで A. thaliana 植物を形質転換すると、植物はタンパク質を過剰に蓄積し、葉に壊死性病変の表現型を示しました。著者らは、植物の総 Mg ²⁺ (または Zn ²⁺ ) 含有量がトランスジェニック植物で変化していないという観察から、これは液胞の正常な機能の破壊によって引き起こされると示唆しています。

この図は、Shaul et al. (1999) ^[15]および Quednau et al. (2004) ^[73]から改変し、HMMTOP を使用した解析と組み合わせたものであり、 Arabidopsis thalianaの AtMHX タンパク質のコンピューター予測膜トポロジーを示しています。現時点では、示されているトポロジーは暫定的な仮説と見なす必要があります。TM ドメインは水色で示され、膜内の方向と N 末端と C 末端の位置が示されていますが、図は実際の縮尺ではありません。緑色で示されている α1 ドメインと α2 ドメインは両方とも非常に疎水性であり、両方とも膜に挿入される可能性があります。