大腸菌のマルトース結合タンパク質におけるリガンド結合の2つのモードは、活動輸送における機能的重要性

前の2つの論文（Hall、J。A.、Gehring、K。、およびNikaido、H。（1997）J。Biol。Chem。272、17605-17609; Hall、J。A.、Thorgeirson、T。E.、J.、Shin、Shin、Y.-E.、およびNikaido、H。（1997）J。Biol。Chem。272、17610-17614）、大腸菌のマルトース結合タンパク質（MBP）に結合するリガンドがその閉鎖を生成せずに結合することを示しました。2つの葉は細胞質に輸送されません。ここでは、再構成されたプロテオリポソーム、右側膜小胞、および無傷の細胞を利用することにより、リガンド、MBP、および膜関連輸送体のさまざまな組み合わせを調べます。マルトースまたはマルトデキストリンと複合した野生型MBPの閉じた形態は、野生型トランスポーター複合体と相互作用して、マルトース-MBP複合体について前に示されているように、膜の反対側にあるMALK ATPaseによるATPの加水分解を刺激しました（Davidson、A。L.、Shuman、H。A.、およびNikaido、H。（1992）Proc。Natl。Acad。Sci。S.A. 89、2360-2364）。対照的に、野生型MBPを含む複合体および還元、酸化、または環状マルトデキストリン、または変異体MBP MALE254および未修飾マルトデキストリンを含む複合体など、リガンド化されたMBPのオープン形態は、ATP加水分解を刺激しなかったため、適切な相互作用がそれを示唆していました。リガンド-MBP複合体と輸送体の外面には、前者が閉じた立体構造になる必要があります。ただし、MALG511を含む変異輸送体を使用した場合、ATP加水分解のすでに重要な基礎レベルは、閉じた形のリガンドMBPSだけでなく、開いた形のもの（ベータシクロデキストリンを含むことを除く）によってさらに刺激されました。ミュータント輸送体は、おそらく前述のMBPに対する非常に強い親和性のために、おそらく閉じたMBP複合体を必ずし必要としないこと（Dean、D。A.、Hor、L.-I.、Shuman、H。A.、Nikaido、H。（1992）Mol Mol。Microbiol。6、2033-2040）。さらに、この変異体トランスポーターは減少したマルトデキストリンを輸送することができ、輸送プロセスを阻害しないようにMBPのペリプラズム濃度が低く維持された場合、輸送体を発現する細胞を還元マルトデキストリンを使用して成長させることができました。

In the preceding two papers (Hall, J. A., Gehring, K., and Nikaido, H. (1997) J. Biol. Chem. 272, 17605-17609; Hall, J. A., Thorgeirson, T. E., Liu, J., Shin, Y.-E., and Nikaido, H. (1997) J. Biol. Chem. 272, 17610-17614), we showed that ligands that bind to the Escherichia coli maltose-binding protein (MBP) without producing the closure of its two lobes are not transported into the cytoplasm. Here, we examine various combinations of ligands, MBPs, and membrane-associated transporters, by utilizing reconstituted proteoliposomes, right side-out membrane vesicles, and intact cells. Closed forms of wild type MBP, complexed with maltose or maltodextrins, interacted with wild type transporter complex to stimulate the hydrolysis of ATP by MalK ATPase located on the other side of the membrane, as shown earlier for the maltose-MBP complex (Davidson, A. L., Shuman, H. A., and Nikaido, H. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89, 2360-2364). In contrast, open forms of liganded MBPs, such as the complex containing wild type MBP and reduced, oxidized, or cyclic maltodextrins or the complex containing the mutant MBP MalE254 and unmodified maltodextrins, did not stimulate ATP hydrolysis, suggesting that the proper interaction between the ligand-MBP complex and the external surface of the transporter requires the former to be in the closed conformation. However, when a mutant transporter containing MalG511 was used, the already significant basal level of ATP hydrolysis was further stimulated not only by ligand MBPs in the closed form but also by those in the open form (except that containing beta-cyclodextrin), data suggesting that the mutant transporter does not always require the closed MBP complex presumably because of its exceptionally strong affinity to MBP, described earlier (Dean, D. A., Hor, L.-I., Shuman, H. A., and Nikaido, H. (1992) Mol. Microbiol. 6, 2033-2040). Furthermore, this mutant transporter was able to transport reduced maltodextrin, and cells expressing the transporter were able to grow by using reduced maltodextrin, if the periplasmic concentrations of MBP were kept low so as not to inhibit the transport process.