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1.
Cell Rep ; 38(4): 110298, 2022 01 25.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-35081353

RESUMO

The reverse cholesterol transport pathway is responsible for the maintenance of human cholesterol homeostasis, an imbalance of which usually leads to atherosclerosis. As a key component of this pathway, the ATP-binding cassette transporter ABCG1 forwards cellular cholesterol to the extracellular acceptor nascent high-density lipoprotein (HDL). Here, we report a 3.26-Å cryo-electron microscopy structure of cholesterol-bound ABCG1 in an inward-facing conformation, which represents a turnover condition upon ATP binding. Structural analyses combined with functional assays reveals that a cluster of conserved hydrophobic residues, in addition to two sphingomyelins, constitute a well-defined cholesterol-binding cavity. The exit of this cavity is closed by three pairs of conserved Phe residues, which constitute a hydrophobic path for the release of cholesterol in an acceptor concentration-dependent manner. Overall, we propose an ABCG1-driven cholesterol transport cycle initiated by sphingomyelin-assisted cholesterol recruitment and accomplished by the release of cholesterol to HDL.


Assuntos
Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/ultraestrutura , Colesterol/metabolismo , Microscopia Crioeletrônica , Humanos , Esfingomielinas/metabolismo
2.
J Mol Biol ; 433(21): 167218, 2021 10 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34461069

RESUMO

ABCG1 is an ATP binding cassette (ABC) transporter that removes excess cholesterol from peripheral tissues. Despite its role in preventing lipid accumulation and the development of cardiovascular and metabolic disease, the mechanism underpinning ABCG1-mediated cholesterol transport is unknown. Here we report a cryo-EM structure of human ABCG1 at 4 Å resolution in an inward-open state, featuring sterol-like density in the binding cavity. Structural comparison with the multidrug transporter ABCG2 and the sterol transporter ABCG5/G8 reveals the basis of mechanistic differences and distinct substrate specificity. Benzamil and taurocholate inhibited the ATPase activity of liposome-reconstituted ABCG1, whereas the ABCG2 inhibitor Ko143 did not. Based on the structural insights into ABCG1, we propose a mechanism for ABCG1-mediated cholesterol transport.


Assuntos
Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 2 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Trifosfato de Adenosina/química , Amilorida/análogos & derivados , Colesterol/química , Proteínas de Neoplasias/química , Ácido Taurocólico/farmacologia , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/antagonistas & inibidores , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Membro 2 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/antagonistas & inibidores , Membro 2 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Membro 2 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Membro 5 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/antagonistas & inibidores , Membro 5 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 5 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Membro 5 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/antagonistas & inibidores , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Trifosfato de Adenosina/metabolismo , Amilorida/química , Amilorida/farmacologia , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Transporte Biológico/efeitos dos fármacos , Colesterol/metabolismo , Microscopia Crioeletrônica , Dicetopiperazinas/química , Dicetopiperazinas/farmacologia , Expressão Gênica , Células HEK293 , Compostos Heterocíclicos de 4 ou mais Anéis/química , Compostos Heterocíclicos de 4 ou mais Anéis/farmacologia , Humanos , Cinética , Lipoproteínas/antagonistas & inibidores , Lipoproteínas/química , Lipoproteínas/genética , Lipoproteínas/metabolismo , Modelos Moleculares , Proteínas de Neoplasias/antagonistas & inibidores , Proteínas de Neoplasias/genética , Proteínas de Neoplasias/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Especificidade por Substrato , Ácido Taurocólico/química
3.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 118(34)2021 08 24.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34404721

RESUMO

The ABCG1 homodimer (G1) and ABCG5-ABCG8 heterodimer (G5G8), two members of the adenosine triphosphate (ATP)-binding cassette (ABC) transporter G family, are required for maintenance of cellular cholesterol levels. G5G8 mediates secretion of neutral sterols into bile and the gut lumen, whereas G1 transports cholesterol from macrophages to high-density lipoproteins (HDLs). The mechanisms used by G5G8 and G1 to recognize and export sterols remain unclear. Here, we report cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures of human G5G8 in sterol-bound and human G1 in cholesterol- and ATP-bound states. Both transporters have a sterol-binding site that is accessible from the cytosolic leaflet. A second site is present midway through the transmembrane domains of G5G8. The Walker A motif of G8 adopts a unique conformation that accounts for the marked asymmetry in ATPase activities between the two nucleotide-binding sites of G5G8. These structures, along with functional validation studies, provide a mechanistic framework for understanding cholesterol efflux via ABC transporters.


Assuntos
Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Trifosfato de Adenosina/metabolismo , Colesterol/metabolismo , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 8 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Sítios de Ligação , Transporte Biológico , Microscopia Crioeletrônica , Humanos , Conformação Proteica
4.
Biochem Biophys Res Commun ; 557: 187-191, 2021 06 11.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33872987

RESUMO

Human ATP-binding cassette transporter 8 of subfamily B (hABCB8) is an ABC transporter that located in the inner membrane of mitochondria. The ABCB8 is involved in the maturation of Fe-S and protects the heart from oxidative stress. Here, we present the cryo-EM structure of human ABCB8 binding with AMPPNP in inward-facing conformation with resolution of 4.1 Å. hABCB8 shows an open-inward conformation when ATP is bound. Unexpectedly, cholesterol molecules were identified in the transmembrane domain of hABCB8. Our results provide structural basis for the transport mechanism of the ABC transporter in mitochondria.


Assuntos
Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Trifosfato de Adenosina/química , Adenilil Imidodifosfato/química , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Sítios de Ligação , Colesterol/química , Microscopia Crioeletrônica , Expressão Gênica , Proteínas de Membrana Transportadoras/química , Mitocôndrias/química , Mitocôndrias/metabolismo , Modelos Moleculares , Ligação Proteica , Conformação Proteica , Domínios Proteicos , Proteínas Recombinantes
5.
J Membr Biol ; 252(1): 41-60, 2019 02.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-30519876

RESUMO

ABCA1, ABCG1 transporters, and SR-B1 receptor are the major proteins involved in cholesterol efflux from cells. We superposed in silico the location of putative cholesterol (Chol)-binding motifs CRAC/CARC and CCM in human ABCA1, ABCG1, and SR-B1 with (1) transmembrane protein topology, (2) a profile of structural order of protein, and (3) with an influence of single amino acid substitutions on protein structure and function. ABCA1, ABCG1, and SR-B1 molecules contain 50, 19, and 13 Chol-binding motifs, respectively, that are localized either in membrane helices, or at membrane-water interface, or in water-exposed protein regions. Arginine residues in motifs that coincide with molecular recognition features within intrinsically disordered regions of the transporters are suggested to be important in cholesterol binding; cholesterol-arginine interaction may result in the induction of local order in protein structure. Chol-binding motifs in membrane helices may immobilize cholesterol, while motifs at membrane-water interface may be involved into the efflux of "active" cholesterol. Cholesterol may interfere with ATP binding in both nucleotide-binding domains of ABCA1 structure. For ABCA1 and ABCG1, but not for SR-B1, the presence of mirror code as a CARC-CRAC vector couple in the C-terminal helices controlling protein-cholesterol interactions in the outer and inner membrane leaflets was evidenced. We propose the role of Chol-binding motifs with different immersion in membrane in transport of different cholesterol pools by ABCA1 and ABCG1.


Assuntos
Transportador 1 de Cassete de Ligação de ATP/química , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Motivos de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Antígenos CD36/química , Colesterol/química , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Transportador 1 de Cassete de Ligação de ATP/metabolismo , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Antígenos CD36/metabolismo , Colesterol/metabolismo , Modelos Moleculares , Conformação Molecular , Ligação Proteica , Relação Estrutura-Atividade
6.
Arterioscler Thromb Vasc Biol ; 36(7): 1323-7, 2016 07.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27230131

RESUMO

OBJECTIVE: In a recent article in Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, it was reported that ATP-binding cassette transporter G1 (ABCG1) containing leucine at position 550 (ABCG1-L550) was localized to the plasma membrane, whereas ABCG1-P550 (proline at position 550) was intracellular. Because the published data on the subcellular localization of ABCG1 are controversial, we performed additional experiments to determine the importance of leucine or proline at amino acid 550. APPROACH AND RESULTS: We transfected multiple cell lines (CHO-K1, Cos-7, and HEK293 [human embryonic kidney]) with untagged or FLAG-tagged ABCG1 containing either leucine or proline at position 550. Immunofluorescence studies demonstrated that in all cases, ABCG1 localized to intracellular endosomal vesicles. We also show that both ABCG1-L550 and ABCG1-P550 are equally active in both promoting the efflux of cellular cholesterol to exogenous high-density lipoprotein and in inducing the activity of sterol regulatory element-binding protein-2, presumably as a result of redistributing intracellular sterols away from the endoplasmic reticulum. Importantly, we treated nontransfected primary peritoneal macrophages with a liver X receptor agonist and demonstrate, using immunofluorescence, that although endogenous ABCG1 localizes to intracellular endosomes, none was detectable at the cell surface/plasma membrane. CONCLUSIONS: ABCG1, irrespective of either a leucine or proline at position 550, is an intracellular protein that localizes to vesicles of the endosomal pathway where it functions to mobilize sterols away from the endoplasmic reticulum and out of the cell.


Assuntos
Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/metabolismo , Colesterol/metabolismo , Endossomos/metabolismo , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/química , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/deficiência , Membro 1 da Subfamília G de Transportadores de Cassetes de Ligação de ATP/genética , Sequência de Aminoácidos , Animais , Transporte Biológico , Células CHO , Células COS , Chlorocebus aethiops , HDL-Colesterol/metabolismo , Cricetulus , Genótipo , Células HEK293 , Humanos , Leucina , Receptores X do Fígado/agonistas , Receptores X do Fígado/metabolismo , Macrófagos Peritoneais/efeitos dos fármacos , Macrófagos Peritoneais/metabolismo , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Camundongos Knockout , Fenótipo , Cultura Primária de Células , Prolina , Proteína de Ligação a Elemento Regulador de Esterol 2/metabolismo , Transfecção
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