ナトリウムガラクトーストランスポーターvsgltを介した水透過の構造決定因子

ナトリウムグルコーストランスポーター（SGLTS）は、細胞膜を横切る水の動きを促進し、細胞の恒常性で中心的な役割を果たします。ここでは、ほぼ10μsの分子動力学シミュレーションに基づいて、VSGLTの内向き状態を介した水浸透のメカニズムの詳細な分析を提示します。これらのシミュレーションは、水がタンパク質に浸透することを可能にするトランスポーターを介した連続水チャネルの一時的な形成を明らかにしています。ガラクトースの自発的な放出が観察される軌跡、およびガラクトースが結合部位に残っている軌跡は、基質占有によって調節されているものの、基質放出と密接に結合されていないことを示しています。私たちの知る限り、新しいチャネル検出アルゴリズムを使用すると、トランスポーターを通る水の流れを制御する重要な残基を特定し、細胞外面の少数の残基の側鎖運動によって溶媒ゲーティングが調節されることを示します。シーケンスアラインメントは、これらの外部ゲート残基に隣接する哺乳類SGLTSに2つの挿入部位が存在することを明らかにします。VSGLTにこれらの部位がないことは、哺乳類SGLT1のより低い実験推定値と比較して、シミュレーションを介して決定されるVSGLTの高い水透過性値を説明する可能性があると仮定します。

Sodium-glucose transporters (SGLTs) facilitate the movement of water across the cell membrane, playing a central role in cellular homeostasis. Here, we present a detailed analysis of the mechanism of water permeation through the inward-facing state of vSGLT based on nearly 10 μs of molecular dynamics simulations. These simulations reveal the transient formation of a continuous water channel through the transporter that permits water to permeate the protein. Trajectories in which spontaneous release of galactose is observed, as well as those in which galactose remains in the binding site, show that the permeation rate, although modulated by substrate occupancy, is not tightly coupled to substrate release. Using a, to our knowledge, novel channel-detection algorithm, we identify the key residues that control water flow through the transporter and show that solvent gating is regulated by side-chain motions in a small number of residues on the extracellular face. A sequence alignment reveals the presence of two insertion sites in mammalian SGLTs that flank these outer-gate residues. We hypothesize that the absence of these sites in vSGLT may account for the high water permeability values for vSGLT determined via simulation compared to the lower experimental estimates for mammalian SGLT1.