核酸塩基カチオン共輸送体-1

核酸塩基:陽イオン共輸送体-1 (NCS1) ファミリー(TC# 2.A.39) は、グラム陰性およびグラム陽性細菌、古細菌、真菌、植物に由来する、現在配列が決定されている 1000 を超えるタンパク質で構成されています。これらのタンパク質は、プリンやピリミジンなどの核酸塩基の輸送体として機能します。このファミリーのメンバーは、12 個の膜貫通 α ヘリカル スパナー (TMS) を持っています。少なくともそのいくつかは、基質:H ⁺共輸送機構による取り込みで機能することが示されています。

細菌と酵母のタンパク質は大きく異なり、NCS1 ファミリーの系統樹上で密集していません。B . subtilis はNCS1 ファミリーのパラログを 2 つ持ち、S. cerevisiae はいくつか持っています。酵母タンパク質のうち 2 つ (Dal4 (TC# 2.A.39.3.1) と Fur4 (TC# 2.A.39.3.2)) は密集しています。他の 3 つのS. cerevisiaeタンパク質、1 つはチアミンパーミアーゼの Thi10 (TC# 2.A.39.4.1)、もう 1 つはニコチンアミドリボシドトランスポーターの Nrt1 (TC# 2.A.39.4.2) ^[1]も密集しています。後者の 3 つのタンパク質は、密接に関連したチアミンパーミアーゼアイソフォームであると考えられます。酵母のシトシンプリントランスポーターとビタミン B6 トランスポーターは緩く密集しています (同一性 24%、e-50)。^[2]細菌タンパク質は、いくつかのグラム陰性菌とグラム陽性菌種に由来する。これらのタンパク質は、NCS2ファミリーのメンバーである枯草菌のキサンチンパーミアーゼPbuX（TC# 2.A.39.4.1）と限られた配列類似性を示す。^[3]

NCS1 ファミリーのタンパク質は、419～635 個のアミノアシル残基から成り、12 個の推定膜貫通 α ヘリックス スパナー (TMS) を持っています。少なくともそのいくつかは、基質:H ⁺共輸送による取り込みに機能することが示されています。これらの点と基質特異性に関して、これらのタンパク質はNCS2 ファミリーの共輸送体に似ており、2 つのファミリーが単一のスーパーファミリーであるAPC スーパーファミリーの遠い構成要素であるというさらなる証拠となっています。2 つのファミリーは、おそらく 3 つの主要な生命界が分岐するずっと前に起こった初期の遺伝子重複イベントによって発生したものです。これらは MFS の遠い構成要素である可能性があります (2.A.1)。^[3]

核酸塩基陽イオン共輸送体 1 (NCS1) トランスポーターは、核酸塩基および関連代謝物の回収経路の必須構成要素です。Weyand ら (2008) は、Microbacterium liquefaciens由来の NCS1 ベンジルヒダントイントランスポーター Mhp1 (TC# 2.A.39.3.6) の 2.85 オングストローム分解能の構造を報告しました。^{[4]この構造 (および関連構造) は、RCSB (} PDB : 2JLN ​, 2X79 ​, 4D1A ​, 4D1B ​, 4D1C ​, 4D1D ​)から入手できます。Mhp1 には 12 個の膜貫通ヘリックスが含まれており、そのうち 10 個は 5 個のヘリックスの 2 つの逆方向反復配列になっています。外向きの開いた構造と基質に結合した閉塞構造の構造が解明され、基質が結合すると外向きの空洞が閉じる様子が示された。^[5]ロイシントランスポーターLeuT(Aa)およびガラクトーストランスポーターvSGLTとの比較により、外向きおよび内向きの空洞が膜の反対側に対称的に配置されていることが明らかになった。これらの空洞の相互開閉は、逆方向反復ヘリックス3および8によって同期されており、膜輸送の交互アクセスモデルの構造的基礎となっている。^[4]

NCS1タンパク質は、プリン、ピリミジンおよび関連代謝物の取り込みに特異的なH ⁺ /Na ^{+共輸送体である。Krypotouらは2015年に真菌NCS1トランスポーターの起源、多様化および基質特異性を研究し、2つの真菌NCS1サブファミリーであるFurとFcy、および植物相同体が、原核生物からの独立した水平伝播によって発生したことを示唆した。 [6]} 遺伝子重複による拡大は、真菌NCS1ポーターの機能的多様化をもたらした。彼らはAspergillus nidulansのすべてのFurタンパク質を特徴付けた。異なる特異性を持つ3つのFurトランスポーターのホモロジーモデリング、基質ドッキング、分子動力学および系統的変異解析により、膜貫通セグメントTMS1、TMS3、TMS6およびTMS8の主要な基質結合部位内に位置する、機能と特異性に重要な残基が特定された。彼らは、基質特異性を決定する残基が主要な基質結合部位だけでなく、外向きの選択性ゲートにも位置していると予測し、確認しました。彼らの進化論的および構造機能的解析により、選択チャネルのようなゲートが基質特異性に寄与する可能性があるという概念が生まれました。^[6]

NCS1ファミリーのパーミアーゼによって触媒される一般的な輸送反応は以下の通りである: ^[3]

核酸塩基またはビタミン (out) + H ⁺ (out) → 核酸塩基またはビタミン (in) + H ⁺ (in)

• インタープロ:  IPR012681
• インタープロ:  IPR012732
• APC スーパーファミリー
• 核酸塩基カチオン共輸送体 2