yellow stripe transporter の構造に基づく土壌からの鉄分フィトシデロフォアの取り込み機構
イネ科植物による Fe-MAｓ(：ムギネ酸鉄キレート）の細胞膜輸送体であるYSLを、この化合物がどのようにして、輸送されるかの分子レベルでの微細構造が日本の研究グループによって解明された。
このYSLは小生（Mori Satoshi）と当時留学生であったNicolaus von Wiren君がその存在を予言し、Walker女史が遺伝子のクローニングに成功したものである。動的微細構造解明までに21年がかかったことになる。
感無量なるものがある。
要約と考察を訳しておいた。
yellow stripe transporter の構造に基づく土壌からの鉄分フィトシデロフォアの取り込み機構
山縣篤史1 、村田佳子2 、難波康祐3 、寺田透4,
深井修也5、白水美香子1
1理化学研究所生命システム動態研究センタータンパク質機能・構造解析研究室（神奈川県横浜市鶴見区末広町1-7-22）。2サントリー生命科学財団生物有機研究所（日本、京都府相楽郡精華町精華台8-1-1 3徳島大学薬学部（徳島県徳島市庄町1-78-1）。4東京大学大学院農学生命科学研究科生物工学専攻（日本、東京都文京区弥生1-1-1）。5京都大学大学院理学研究科化学専攻、日本、京都市左京区北白川追分町 e-mail: atsushi.yamagata@riken.jp
ネイチャー・コミュニケーション
Article https://doi.org/10.1038/s41467-022-34930-1
（要約）
石灰質土壌は全土の3分の1を占め、高pHでは鉄の水溶性が低いため、植物の生育に重大な障害をもたらす。イネ科植物は、フィトシデロフォア（ムギネ酸）と呼ばれる高親和性金属キレーターを分泌し、イエローストライプ1/イエローストライプ1様（YS1/YSL）トランスポーターによって鉄フィトシデロフォア複合体を再吸収し、土壌から効率的に鉄を取り込むという独自のキレート戦略で対応している。
ここでは、大麦YS1（HvYS1）のアポ状態、鉄-フィトシデロフォア複合体である鉄（III）-デオキシムギネ酸（Fe（III）-DMA）、および鉄結合合成DMAアナログ（Fe（III）-PDMA）と複合した3つの低温電子顕微鏡構造を紹介する。
これらの構造から、コレステロールヘミサクシネートとの反平行βシート相互作用を介したホモ二量体集合が明らかになった。
各プロトマーは外側に開いた構造をとり、Fe(III)-DMAは中心空洞の細胞外空間付近に結合している。Fe(III)-PDMAはFe(III)-DMAと同じ結合部位を占め、PDMAがDMAと本質的に同じ方法で強力な肥料として機能することが実証された。今回の成果 はYS1/YSLトランスポーターによる鉄輸送の構造的枠組みを提供し、新しい高活性肥料を合理的に設計することを可能にした。
Article https://doi.org/10.1038/s41467-022-34930-1
（考察）
HvYS1 は、CHS（コレステロールヘミサクシネート） によって安定化されたホモ二量体であることが、構造的・機能的研究によって明らかになった。
植物には、主要なステロールであるカンペステロール、スチグマステロール、シトステロールなど、様々な植物ステロールが存在する。
興味深いことに、植物ステロールはオオムギの根の細胞膜に高度に濃縮されている。
HvYS1は、ステロールと疎水的な相互作用を介してCHSと結合する。
フィトステロールもCHSと同様にHvYS1に結合し、二量体形成をサポートするはずである。
Gupta らは、オリゴマー膜タンパク質の弱い界面を安定化するために界面脂質が必要であると提唱している。
HvYS1の二量体界面における埋もれた表面積は936Å2とかなり弱い界面である。従って、HvYS1の二量体界面を保持するためには、界面CHSが必要である。
HvYS1は二量体として機能している可能性が高いが、それはCHSがHvYS1の熱安定性を著しく向上させるためである。
HvYS1は二量体として機能する可能性が高い。
しかし、我々の昆虫細胞ベースのアッセイ系では、HvYS1は膜中で二量体と単量体の間の平衡状態にあるはずである。
エレベーターのような輸送モデルでは、輸送活性は二量体化と連動している必要はないが、二量体化は構造的な剛性に寄与すると考えられる。
輸送活性はオリゴマー化と連動している必要はないが、オリゴマー化は足場として構造的な剛性に寄与している可能性がある。
以上のことから、今回の実験では、HvYS1が単量体として働いている可能性を否定できなかった。
HvYS1は、Fe(III)-DMAを収容するための深い結合ポケットを作り出している。
この結合部位の構造は、Fe(III)と結合したDMAのバックボーンの配置に非常に特異的である。
これまで、遊離のDMAに関する構造情報は得られていない。
遊離のDMAは細長いコンフォメーションを形成することが予測され、HvYS1による特異的な認識を妨げている。
計算機シミュレーションにより、Asp446, Asp490, Asp494がプロトン結合部位であることが判明した。
Asp494でのプロトンは基質結合状態を安定化するのに重要であるが、Asp446とAsp490での追加のプロトンは外向き開放型から内向き開放型への構造変化の引き金になると考えられる。
Asp446とAsp490はそれぞれGln493とAsn448とヘリックス間H結合を形成し、TM8-H6とTM9の間の配置を安定化させることがわかった。
今回のシミュレーションでは、Asp446とAsp490の両方がプロトン化することで、ヘリカル水素結合が破壊され、TM8の揺らぎが大きくなったと推定される（図5c）。
TM8はTM6と接触しているので、TM8の揺らぎが大きくなると、TM6がYSコアから外れ、外向き開口型から内向き開口型へと構造変化することがわかった（図5c-e）。
人類の継続的な人口増加と予測される食糧不足を考慮すると、将来の世界的な食糧安全保障のために、広く石灰質土壌を栽培することが急速に重要視されるようになっている。ムギネ酸は約半世紀前に発見されて以来、その実用化に向けて、安定な誘導体の化学合成や遺伝子組み換えによるアプローチなど、多くの取り組みが行われてきました。
私たちの研究は、YSトランスポーターの構造的な枠組みを提供し、ムギネ酸類がどのように鉄の取り込みに機能しているのかを原子レベルで明らかにしました。
さらに、PDMAがDMAと同じ機能を持つ強力な肥料になりうることを実証しました。これらの結果は、農業における強力な肥料として使用するためのフィトシデロフォア類似体の構造に基づく設計を可能にするものである。
以下図が煩雑なので、ムギネ酸鉄錯体の膜輸送動態に重要な図5のみを訳した。
図5｜輸送のためのプロトン結合候補部位。
a キャビティ内のAsp残基。
b 3つのAsp残基によるヘリックス間H-結合。
c Asp494がプロトン化された状態（左）とAsp446/Asp490/Asp494がプロトン化された状態でのMDシミュレーション。3つのAsp残基によるinterhelix H-bondとそのMDシミュレーションでのコンフォメーションを左側に示す。TM6, TM8-H6 の MD シミュレーションによる揺らぎを右図に示す。
d Fig. 4b を 140°回転させた Outward Open 構造（左）と Inward Open モデル（右）。TM6とTM8-H6はそれぞれ黄色とホットピンクで着色されている。
e HvYS1 のプロトン駆動型輸送機構の模式図。
f 野生型と変異型 HvYS1s の昆虫細胞による輸送実験。
図5