Die Struktur einer Membran-Adenylylzyklase, die an ein aktiviertes stimulierendes G-Protein gebunden ist

Die Architektur eines Signalknotenpunkts

Adenylylzyklasen (ACs) reagieren auf eine Vielzahl von Inputs, um das Signalmolekül zyklisches Adenosinmonophosphat zu erzeugen. ACs werden durch G-Proteine reguliert, die durch vorgeschaltete Rezeptoren aktiviert werden. Qi et al. bestimmten die Struktur von AC9 aus der Rindermembran, das an eine aktivierte αs-Untereinheit des G-Proteins gebunden ist, mittels Kryo-Elektronenmikroskopie mit einer Auflösung von 3,4 Angström. Die Struktur zeigt die vollständige Architektur von AC9, einschließlich einer helikalen Domäne, die die Transmembran- und die katalytische Domäne miteinander verbindet. Das Modell zeigt, wie die Domänen interagieren, um die enzymatische Aktivität zu regulieren, und deutet auf einen Mechanismus der Selbstinhibition hin.

Science, diese Ausgabe S. 389

Abstract

Membranintegrale Adenylylzyklasen (ACs) sind Schlüsselenzyme in der heterotrimeren GTP-bindenden Protein (G-Protein)-abhängigen Signaltransduktion von Säugetieren, die für viele zelluläre Prozesse wichtig ist. Signale, die von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren empfangen werden, werden über G-Proteine an ACs weitergeleitet, um den Gehalt an zellulärem zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) zu modulieren. Hier beschreiben wir die kryo-elektronenmikroskopische Struktur der Rindermembran AC9, die an eine aktivierte G-Protein-αs-Untereinheit gebunden ist, mit einer Auflösung von 3,4 Angström. Die Struktur zeigt die Organisation der Membrandomäne und der helikalen Domäne, die sich zwischen der Membran und der katalytischen Domäne von AC9 erstreckt. Die carboxylterminale Verlängerung der katalytischen Domäne verschließt sowohl die katalytische als auch die allosterische Stelle von AC9 und führt zu einer Konformation, die sich vom substrat- und aktivatorgebundenen Zustand unterscheidet, was auf eine regulatorische Rolle bei der cAMP-Produktion schließen lässt.

Membranintegrale Adenylylzyklasen (ACs) sind Schlüsselproteine in der Signaltransduktion bei Säugetieren, die auf eine Vielzahl extrazellulärer und intrazellulärer Signale reagieren und zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) für eine Reihe von nachgeschalteten Signalereignissen erzeugen (1, 2). Die Membran-ACs integrieren mehrere Signalkaskaden, indem sie beispielsweise die Eingänge von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs), Veränderungen der intrazellulären Ca2+-Konzentration (3) und Lipid-Signalkaskaden (4) miteinander verbinden. Bei Säugetieren gibt es neun AC-Subtypen, die als AC1 bis AC9 klassifiziert werden (5). Auf der Grundlage der Aminosäuresequenz haben alle AC-Subtypen die gleiche vorhergesagte Gesamtarchitektur. Es handelt sich um polytopische Membranproteine, die aus 12 Transmembranhelices (TM) bestehen und zytosolische N- und C-Termini aufweisen. Auf die ersten sechs TM-Domänen (TM1-TM6) des AC-Polypeptids folgt eine zytosolische Region mit einer katalytischen Domäne (C1a), gefolgt von einer C1b-Domäne, der zweiten TM-Region, dem TM7-TM12-Bündel, und dann einer zweiten katalytischen Domäne (C2a) und einer C-terminalen C2b-Domäne. Die N- und C-terminalen Abschnitte der Proteine sind sehr variabel, während die am meisten konservierten Abschnitte die C1a- und C2a-Domänen sind, die zu den Nukleotidylzyklasen der Klasse III gehören (5, 6). Die Röntgenkristallographie eines chimären AC5C1/AC2C2 in einem Komplex mit der stimulierenden G-Protein-Untereinheit Gαs (7, 8) hat die wichtigsten Merkmale der katalytischen Maschinerie der AC offenbart und dazu beigetragen, einen detaillierten Mechanismus der cAMP-Produktion durch die G-Protein-abhängigen ACs zu formulieren (7, 8). Jedes der Säugetier-Membran-ACs enthält jedoch zusätzliche Strukturelemente, wie die membranumspannende Domäne und die helikale Domäne (HD), die für den korrekten Zusammenbau dieser Proteine und für ihre enzymatische Funktion entscheidend sind.

Mit der Klonierung des ersten Säugetier-ACs kam die Vermutung auf, dass ACs Transportern ähneln könnten (9). Frühe Untersuchungen von ACs in Paramecium legten nahe, dass der TM-Teil des Proteins eine Ionenkanalfunktion haben könnte (10). Im Einklang mit ihrer Kanalfunktion ist die Sequenz des TM-Teils von Paramecium AC homolog zu der von spannungsabhängigen Kaliumkanälen (11). Das Vorhandensein eines polytopen TM-Helixbündels und der zytosolischen Adenosin-5′-triphosphat (ATP)-Bindungsdomäne deutet auf eine oberflächliche strukturelle und funktionelle Ähnlichkeit mit den ATP-bindenden Kassetten (ABC)-Transportern hin. Es gibt jedoch keine wesentliche Sequenzähnlichkeit zwischen ACs und bekannten Transporter- oder Ionenkanal-ähnlichen Proteinen. Studien an mykobakteriellen und Säugetier-ACs deuteten auf eine mögliche Rolle der TM-Domänen für den korrekten Zusammenbau des Enzyms hin (7, 12, 13). Die strukturelle und funktionelle Rolle der TM-Region ist jedoch nach wie vor unklar.

AC9 ist ein Cyclase-Subtyp, der in vielen Geweben, einschließlich Lunge, Gehirn und Herz, exprimiert wird (14, 15). Er ist in Verbindung mit A-Kinase-Ankerprotein-Komplexen (AKAP) eingehend untersucht worden (16). Es wurde vorgeschlagen, dass AC9 über das AKAP Yotiao mit IKs-Kaliumkanälen, der Proteinkinase A, der Phosphodiesterase PDE4D3 und der Proteinphosphatase PP1 verbunden ist (17). AC9 wurde als potenzieller Angriffspunkt für Medikamente bei Asthma identifiziert (5). rs2230739, ein Polymorphismus von AC9, der zu einer Ile772→Met-Mutation führt, wird mit Veränderungen in der Reaktion auf das inhalative Kortikosteroid Budesonid in Verbindung gebracht (18). In einem kanonischen Modell der AC-Aktivierung bindet Forskolin an eine allosterische Stelle neben der katalytischen Stelle, was zur Aktivierung des Enzyms führt. Die Interaktion zwischen der AC und der Gαs-Untereinheit in einem an Guanosin-5′-Triphosphat (GTP) gebundenen Zustand führt ebenfalls zur AC-Aktivierung, wobei die maximale AC-Aktivierung in Gegenwart von Forskolin und dem Gαs-Protein erreicht wird. Obwohl Sequenzvergleiche mit anderen ACs zeigen, dass AC9 eine allosterische Stelle enthält, und ein früherer Bericht darauf hindeutet, dass Forskolin AC9 aktivieren kann (14), kamen mehrere Studien zu dem Schluss, dass AC9 forskolinunempfindlich ist, und der Konsens in der Fachwelt war, dass AC9 als forskolinunempfindliches Protein in einer eigenen Kategorie steht (19, 20).

Die ACs sind lange Zeit ein fehlendes Element in unserem Verständnis der Signaltransduktion geblieben, möglicherweise wegen der anerkannten Schwierigkeiten bei der Expression und Reinigung dieser Proteine für biochemische und strukturelle Studien (21). Um diese Lücke zu schließen, haben wir die Struktur des bovinen AC9 im Komplex mit Gαs (AC9-Gαs) mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie (cryo-EM) und der Einzelpartikelanalyse bestimmt.

Wir haben das bovine AC9 exprimiert und gereinigt (Abb. S1A) und seine funktionelle Integrität mit Hilfe von cAMP-Akkumulationsassays bestätigt (Abb. 1, A bis C). Das gereinigte Protein katalysierte die Umwandlung von ATP in cAMP und konnte durch MANT-GTP (2ʹ-/3ʹ-O-(Nʹ-Methylanthraniloyl)guanosin-5ʹ-O-triphosphat), ein inhibitorisches AC-Substrat-Analogon, gehemmt werden (Abb. 1B). Die Rekonstitution des Proteins mit dem GTPγS-aktivierten Gαs (Abb. S1, B und C) führte zu einer robusten Aktivierung der Zyklase (Abb. 1A). Tests der Fähigkeit des universellen AC-Aktivators Forskolin, die AC9 in vitro zu aktivieren, zeigten eine sehr schwache Aktivierung der AC9 bei submillimolaren Konzentrationen (Abb. 1A). Im Gegensatz dazu konnte Forskolin den AC9-Gαs-Komplex mit einer medianen effektiven Konzentration (EC50) von 111 μM aktivieren (Abb. 1A und Tabelle S2). Obwohl also sowohl Forskolin als auch die Gαs-Untereinheit in der Lage waren, das Protein teilweise zu aktivieren, konnte eine vollständige Aktivierung nur durch die Kombination der beiden Wirkstoffe erreicht werden. Außerdem verschob Forskolin, wie von einem allosterischen Modulator der AC zu erwarten, die mittlere Hemmkonzentration (IC50) des AC9-Substratanalogons MANT-GTP in Richtung der niedrigeren Konzentration (Abb. 1, B und C). Daher zeigen unsere In-vitro-Experimente unter Verwendung von gereinigtem AC9 in voller Länge und Gαs-Protein eindeutig, dass Forskolin auf den AC9-Gαs-Proteinkomplex als klassischer allosterischer Aktivator wirkt.

Abb. 1 Funktion und Struktur des AC9-Gαs-Komplexes.

(A) AC-Aktivitätsassays (basierend auf der cAMP-Bestimmung) zeigen, dass AC9 durch Gαs in vitro aktiviert wird und durch Forskolin (Fsk) nur dann weiter stimuliert wird, wenn es an die Gαs-Untereinheit gebunden ist. (B und C) MANT-GTP-Inhibitionstests von AC9 (B) und AC9-Gαs (C) in Abwesenheit und in Gegenwart von Forskolin (0,5 mM). (D und E) Die Kryo-EM-Dichtekarte des AC9-Gαs-Komplexes (D) ermöglichte es uns, ein vollständiges molekulares Modell des Komplexes (E) zu erstellen, das seine wichtigsten Strukturelemente zeigt: das Transmembrandomänenbündel (TM), die helikale Domäne (HD), die katalytische Domäne von AC9 (C2a) und das Gαs-Protein (Gαs). Die Dichtekarte und die Modellelemente, die AC9 und den Gαs-Proteinen entsprechen, sind orange bzw. grün gefärbt. Die Dichte von Reinigungsmitteln und nicht zugeordneten Proteinen ist grau gefärbt. Zur Veranschaulichung zeigt (D) die verfeinerte Karte mit einer Auflösung von 3,6 Å, die eine starke Dichte für die Detergenzmizelle aufweist.

Abb. 3 Die Struktur von Gαs-gebundenem AC9 stellt eine bisher unbeschriebene okkludierte Konformation dar.

(A) Ansicht der katalytischen Domäne von AC9, überlagert mit der Dichte, die die Nukleotid- und Forskolin-Bindungsstelle verdeckt (SOL-Karte, marine). Die erwarteten Positionen von MANT-GTP und Forskolin basieren auf der Röntgenstruktur von AC5C1/AC2C2/Gαs (Protein Data Bank ID: 1U0H). (B) Eine ähnliche Ansicht der okkludierenden Dichte in der Kryo-EM-Karte der löslichen Domäne in Abwesenheit von Forskolin (SOL-M-Karte). (C) Die okkludierende Dichte ist in der SOL-C-Dichtekarte eindeutig mit dem C-Terminus der C2a-Domäne (Sternchen) verbunden (C2b, blaues Netz; Cα, rot). (D) Domänenorganisation von AC9 und dem verkürzten AC91250-Konstrukt. (E) Wildtyp und verkürzte AC9-Varianten zeigen ähnliche enzymatische Aktivität in Abwesenheit von G-Protein. (F) Sowohl AC9 als auch AC91250 werden durch das GTPγS-aktivierte Gα stark stimuliert, wobei AC91250 einen deutlich reduzierten Km für ATP aufweist. (G) Eine 3D-Rekonstruktion des an MANT-GTP und Forskolin gebundenen AC91250-Gαs (AC91250-Gαs-MF) zeigt eine Dichte für die beiden Liganden (magenta). (H) Gleiche Ansicht des Modells des AC91250-Gαs-MF-Komplexes.

Wir präparierten gefrorene, hydratisierte Kryo-EM-Gitter, die den AC9-Gαs-Komplex in Gegenwart von MANT-GTP und Forskolin in Konzentrationen (0,5 mM für jeden Liganden) enthielten, die die IC50- und EC50-Werte für diese beiden Verbindungen überstiegen, und unterzogen sie einer Einzelpartikel-Kryo-EM-Analyse (Abb. S2). Die beste Teilmenge der Partikel ergab eine Dichtekarte, die dem vollständigen Komplex aus Zyklase und G-Protein-Untereinheit entspricht und auf eine Auflösung von 3,4 Å verfeinert wurde (Abb. 1D). Die vollständige Dichtekarte ermöglichte es uns, zusammen mit den Karten, die wir nach der gezielten Verfeinerung der in die Membran eingebetteten (Abb. S3) und zytosolischen (Abb. S3) Teile des Komplexes erhalten hatten, ein vollständiges dreidimensionales (3D) Modell des AC9-Gαs-Komplexes zu erstellen (Abb. 1E). Die Karte und das Modell zeigten mehrere Schlüsselelemente des AC9-Gαs-Komplexes: (i) das 12-TM-Domänenbündel von AC9, (ii) die HD, die das TM-Bündel und die katalytische Domäne von AC9 verbindet, und (iii) die katalytische Domäne von AC9, die an die GTPγS-aktivierte Gαs-Untereinheit gebunden ist (Abb. 1, D und E, und Abb. S6).

Die TM-Domäne des Proteins besitzt eine Pseudo-Zweifach-Symmetrie, ein Merkmal, das häufig bei Stofftransportern der Resistenz-Nodulationsabteilung, der ABC- oder der Major Facilitator-Familie zu finden ist (Abb. 2, A bis C). Die Transmembran-Helices TM1-TM6 und TM7-TM12 können mit einer mittleren quadratischen Abweichung (RMSD) von 3,4 Å über 176 Reste überlagert werden (Abb. 2D). Die interne Pseudosymmetrie unterstützt die Hypothese, dass die Säugetiermembran-ACs durch ein Genduplikationsereignis aus einem einfachen System entstanden sind, das möglicherweise dem der „Halbcyclase“ Cya/Rv1625c aus Mycobacterium tuberculosis ähnelt (12). Die Schnittstelle zwischen den beiden TM-Hälften von AC9 wird von den Helices TM1, TM4 und TM6 in der N-terminalen „Hälfte“ des TM-Domänenbündels und TM7, TM10 und TM12 im C-terminalen Teil des Proteins gebildet (Abb. 2, B und C). Die Klonierung des ersten Säugetier-AC-Gens wurde von der Vermutung begleitet, dass ACs aufgrund ihrer Primärsequenz als Transporter fungieren könnten (9). Unsere Struktur lässt keinen offensichtlichen Translokationsweg für gelöste Stoffe innerhalb des TM-Domänenbündels erkennen, da die TM-Helices von AC9 eng aneinander gepackt sind. Obwohl eine Digitoninmizelle wahrscheinlich eine ähnliche Umgebung wie die Lipiddoppelschicht bietet, ist es möglich, dass die Konformation der TM-Helices in der physiologischen Umgebung der Membran anders ist.

Abb. 2 Struktur der membranüberspannenden Region und des HD von AC9.

(A) Topologie der TM-Domäne, die aus der Kryo-EM-Struktur hervorgeht. Die gepunkteten Linien zeigen Regionen an, die entweder in der Dichtekarte fehlten (extrazelluläre Schleifen) oder als schlecht definierte Dichte vorhanden waren, die sich nicht für die Modellbildung eignet. (B und C) Der in die Membran eingebettete Teil von AC9 besteht aus zwei pseudosymmetrischen Hälften (TM1-TM6 und TM7-TM12); die Anordnung der entsprechenden Helices innerhalb dieser beiden Hälften ist nahezu identisch (d. h. TM1-TM7, TM2-TM8 usw.). Die Helices sind dicht gepackt, und die Struktur zeigt keinen wesentlichen Hohlraum eines Translokationsweges, der auf eine Transportfunktion schließen ließe. Die gestrichelten Linien zeigen Elemente der Struktur an, die aufgrund von Kartenmerkmalen mit geringer Dichte nicht erstellt werden konnten (B). (D) Die beiden Hälften des in die Membran eingebetteten Teils von Rinder-AC9 (TM1-TM6 und TM7-TM12) können mit einer RMSD von 3,4 Å strukturell überlagert werden. (E) Die Regionen TM1-TM5 (orange) und TM7-TM11 (gelb) von AC9 umhüllen den Schlüsselbereich TM6/TM12 und bieten wahrscheinlich die notwendigen Einschränkungen für die korrekte Positionierung dieser beiden Helices. Die Helices TM6 und TM12 erstrecken sich in das Zytosol und werden zu den beiden Helices h1.1 und h2.1 von HD1 und HD2 (rot). (F) Die HD wird durch eine Spirale mit 11 Residuen stabilisiert, die durch die mit „cc“ gekennzeichneten Aminosäureseitenketten dargestellt wird. Die HDs der homologen menschlichen Zyklasen AC5 und retinale Guanylylzyklase (retGC1) weisen nachweislich krankheitsbedingte Mutationen auf. Mutationen in AC5, die mit familiärer Dyskinesie mit Gesichtsmyokymie verbunden sind, sind als blaue Kugeln dargestellt; Mutationen in retGC1, die mit Leberscher kongenitaler Amaurose-1 und CORD6 verbunden sind, sind als violette Kugeln dargestellt.

Die TM6- und TM12-Helices von AC9 erstrecken sich in das Zytosol und bilden 40 Residue lange HDs, die hier als HD1 (einschließlich der Helices h1.1 und h2.1) und HD2 (Helices h2.1 und h2.2; Abb. 2, E und F) bezeichnet werden. Diese Region ist wichtig für die Funktion von ACs und Guanylylzyklasen in Prokaryoten und Eukaryoten (12). Die Reste Leu323 bis Met333 der Helix h1.1 und Ile1022 bis Leu1032 der Helix h2.1 bilden eine klassische gewundene Spule (Abb. 2F). Wir haben bereits die HD von Cya beschrieben, einer Membran-AC aus Mycobacterium intracellulare, die homolog zu M. tuberculosis Rv1625c ist (12). Die HD von AC9 weist im Vergleich zu Cya einige Unterschiede in der relativen Anordnung der Kernregion an der Grenze zur katalytischen Domäne auf (Abb. 2, E und F, und Abb. S7, A und B). In M. intracellulare Cya sind die kurzen Helices am C-Terminus des Coiled Coils fest gebunden (Abb. S7B). Im Gegensatz dazu wickelt sich der Coiled Coil von AC9 an den C-terminalen Enden von h1.1 und h2.1 ab (Abb. 2F, Abb. S7B und Abb. S8A). Dieser Bereich des Enzyms ist entscheidend für die Funktion von ACs und Guanylylzyklasen. Genetische krankheitsbedingte Mutationen sind den HDs von AC5 bei familiärer Dyskinesie und Gesichtsmyokymie (22, 23) und denen der retinalen Guanylylzyklase (retGC1) bei Leberscher kongenitaler Amaurose-1 (24) und Zapfen-Stäbchen-Dystrophie-6 (CORD6) (25) zugeordnet. Wir können nun die Positionen der krankheitsbedingten Mutationen anhand der Struktur der bovinen AC9 verfeinern, die im Vergleich zur M. intracellulare Cya eine viel größere Annäherung an die menschlichen krankheitsbedingten Nukleotidylcyclasen darstellt.

Die Funktion des 12-TM-Bündels in Säugetier-ACs war bisher unklar. Jüngste Studien am mykobakteriellen Rv1625c deuten auf eine mögliche Rezeptorfunktion für die membranüberspannende Region des mykobakteriellen Homologs hin (12). Wir konnten Teile der extrazellulären Oberfläche von AC9 nicht auflösen (Abb. 2, A und B), und es ist nicht klar, ob der membrangebundene Teil des Proteins funktionell relevante Bindungsstellen für hypothetische Liganden beherbergt. Ebenso konnte die C1b-Domäne, die die katalytische Domäne C1a mit dem TM7 verbindet, in unserer Rekonstruktion nicht aufgelöst werden (Abb. S6, E bis G). Unsere Struktur gibt jedoch Hinweise darauf, wie Interaktionen mit der membranüberspannenden Region die katalytische Funktion des Proteins beeinflussen könnten. Die Helices TM6 und TM12 sind mit h1.1 und h2.1 in der HD verbunden. TM6 und TM12 befinden sich an der Schnittstelle der Helixbündel TM1-TM6 und TM7-TM12 und sind seitlich der Lipiddoppelschicht ausgesetzt (Abb. 2E und Abb. S8B). Es ist denkbar, dass direkte Wechselwirkungen von TM6 oder TM12 mit Lipiden, kleinen Molekülen oder anderen Proteinen die katalytische Domäne direkt beeinflussen könnten, indem sie die Ausrichtung der Helices h1.1 und h2.1 verändern (Abb. S8B).

Die vollständige katalytische Domäne von AC9 besteht aus zwei Hälften, C1a und C2a (Abb. 1E und 3A), ähnlich den zuvor gelösten Röntgenstrukturen der löslichen Domänen von Membran-ACs (Abb. S7, A und C). Wie zuvor gezeigt wurde, wird die wichtigste Interaktionsschnittstelle zwischen der G-Protein-α-Untereinheit und der katalytischen AC9-Domäne durch die Einfügung der Gαs Switch II-Helix in die von den Helices α′2 und α′3 der AC9-C2a-Domäne gebildete Rille gebildet (Abb. S7, D bis F). Die HD-Region h1.2 (Reste 340 bis 360) befindet sich in der Nähe der Gα-interagierenden Oberfläche (Abb. S7E). Diese Region des Proteins scheint sehr dynamisch zu sein, und wir konnten die Reste, die His361 und Pro384 von AC9 verbinden, nicht auflösen (Abb. S7E). Die Nähe dieser Region zur G-Protein-AC-Grenzfläche deutet jedoch darauf hin, dass dieses Element der AC9-Struktur wahrscheinlich zur Interaktion zwischen AC9 und Gαs beiträgt.

Ein Element mit hoher Dichte, das sich innerhalb der ATP-Bindungsstelle und der Forskolinstelle befindet, wurde entdeckt (Abb. 3, A und B, und Abb. S9, A bis C). Diese Dichte wies eine oberflächliche Ähnlichkeit mit der MANT-GTP-Dichte auf, entsprach aber nicht der erwarteten Lage (Abb. 3A). Die Dichte an der Forskolin-Stelle schien sich mit der erwarteten Position von Forskolin zu überschneiden (Abb. 3A). Ein ähnliches Dichtemerkmal war in der Karte vorhanden, die aus Bildern der Probe ohne Forskolin rekonstruiert wurde (Abb. 3B und Abb. S9B). Unabhängig von der Anwesenheit von MANT-GTP und/oder Forskolin scheinen die aktiven und allosterischen Stellen also von einer Dichte besetzt zu sein, die mit einem Peptid übereinstimmt (Abb. 3, A und B, und Abb. S9, A und B). Eine gezielte 3D-Klassifizierung und Verfeinerung ergab eine Verbindung zwischen dieser Dichte und dem C-terminalen Bereich der C2a-Domäne von AC9 (Abb. 3C und Abb. S3 und S9C). Obwohl die Dichtemerkmale in dieser weniger bevölkerten 3D-Klasse (SOL-C-Karte, berechnet mit nur 16.343 Partikeln) nicht stark genug sind, um mit Sicherheit ein atomares Proteinmodell zu erstellen, konnten wir sie unter Verwendung der verfügbaren Dichte als Einschränkung den Resten Cys1246 bis Pro1275 des C-Terminus von AC9 oder der C2b-Domäne zuordnen (Abb. 3C und Abb. S9C). Die hohe Qualität der Dichte innerhalb des allosterischen und des aktiven Zentrums (Abb. 3A und Abb. S9, A und D) ermöglichte es uns, das Modell des okkludierenden Peptids zu erstellen, das den Resten Ile1263 bis Pro1275 der C2b-Domäne von AC9 entspricht (Abb. S9D). Diese Region ist unter den Wirbeltier-AC9-Homologen hoch konserviert (Abb. S9E), nicht aber in den anderen AC-Isoformen (AC1 bis AC8) (Abb. S10).

Um die funktionelle Rolle der C2b-Domäne in AC9 zu bestimmen, verglichen wir die enzymatischen Eigenschaften des Wildtyps und des verkürzten Proteins ohne C2b-Domäne AC91250 (Abb. 3D und Abb. S11A). Die beiden Konstrukte zeigten eine vergleichbare Fähigkeit, ATP in cAMP umzuwandeln, mit ähnlichen Michaelis-Konstanten (Km) und Vmax-Werten (Abb. 3E und Tabelle S2). AC91250 wurde durch Forskolin aktiviert und durch MANT-GTP in ähnlicher Weise gehemmt wie AC9 (Abb. S11, B bis D). Die Zugabe von Gαs stimulierte die cAMP-Produktion von AC9 in hohem Maße (Abb. 3F), was mit einer gleichzeitigen Erhöhung seines Km für ATP einherging. Im Einklang mit dem Schwanz, der die ATP-Bindung hemmt, zeigte AC91250 eine hohe Vmax, jedoch bei einem viel niedrigeren Km-Wert (Abb. 3F). Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass die C2b-Region eine funktionelle Rolle im G-Protein-gebundenen Zustand von AC9 spielt. Die Entfernung der C2b-Region erhöht die Affinität von AC9 für ATP in Gegenwart von Gαs, wodurch das Protein eine maximale Katalyserate bei viel niedrigeren ATP-Konzentrationen erreichen kann. Die Verringerung der Affinität für das Substrat (ATP) durch die Okklusion des aktiven Zentrums durch die C2b-Domäne könnte einen Regulationsmechanismus zur Steuerung der cAMP-Produktion durch das G-Protein-gebundene AC9 darstellen.

Um die Konformationsänderungen im okkludierten Zustand von AC9 zu beurteilen, bestimmten wir die Kryo-EM-Struktur des AC91250-Gαs-Komplexes in Gegenwart von MANT-GTP und Forskolin (AC91250-Gαs-MF; Abb. 3, G und H, und Abb. S12 und S13). Die Rekonstruktion mit einer Auflösung von 4,2 Å ermöglichte es uns, die Dichte für MANT-GTP und Forskolin, die an ihren kanonischen Bindungsstellen gebunden sind, eindeutig aufzulösen (Abb. 3, G und H, und 4; Abb. S13, E bis G). Ein Vergleich der Anordnung der katalytischen Domäne der AC91250-Gαs-MF- und AC9-Gas-Komplexe ergab eine kleine relative Umordnung des C1a in Abhängigkeit von der Anwesenheit des okkludierenden Peptids in den aktiven und allosterischen Stellen (Abb. 4, A und B). 4, A und B); der RMSD zwischen den Atomen der beweglichen C1a-Domänen (Ile1380 bis Gln574) der beiden verglichenen Strukturen, die anhand ihrer C2a-Domänen (Gln1049 bis Lys1245) ausgerichtet wurden, beträgt 1,9 Å. Die subtile Bewegung der gesamten Domäne, die im okkludierten Zustand von AC9 beobachtet wurde, verschiebt die an der Nukleotidbindung beteiligten Aminosäurereste von C1a um ~3 Å (Abb. S13H). Daher nimmt die katalytische Kerndomäne von AC9 eine okkludierte Konformation an, wobei das C2b-abgeleitete Peptid die aktiven und allosterischen Stellen des Proteins besetzt (Abb. S9, D und E), was mit einer Verzerrung der aktiven Stelle im Vergleich zu der im MANT-GTP- und Forskolin-gebundenen Zustand beobachteten einhergeht.

Abb. 4 Vergleich des okkludierten und des nukleotid- und forskolingebundenen Zustands des AC9-Gαs-Komplexes.

(A und B) Anordnung der AC9-C1a-Domäne im okkludierten Zustand und im nukleotid- und forskolingebundenen Zustand („AC91250-MF“, blau) basierend auf den entsprechenden Kryo-EM-Strukturen. Die Strukturausrichtung wurde anhand der C2a-Domänen durchgeführt. Die relative Verschiebung der C1a-Domäne ist durch einen gepunkteten Pfeil gekennzeichnet. Die C2b-Domäne ist in (B) als gelb gefärbte Karikatur dargestellt. (C) Cα-Atome von Resten innerhalb von 3,5 Å von MANT-GTP/2Mn2+ und Forskolin in AC91250 sind als blaue Kugeln dargestellt. (D) Cα-Atome von Resten innerhalb von 3,5 Å des okkludierenden Peptids (Reste Ile1263 bis Pro1275) in AC9 sind als gelbe Kugeln dargestellt. Reste innerhalb von 3,5 Å der Liganden und des Peptids in beiden Strukturen in (C) und (D) sind mit roten Markierungen gekennzeichnet.

Die Struktur des AC9-Gαs-Komplexes in einer okkludierten Konformation ermöglichte es uns, das etablierte Modell der cAMP-basierten Signaltransduktion (7, 26) zu überdenken (Abb. S14). Die Aktivierung der GPCR-Kaskade muss zur Bildung der an die Gαs-Untereinheit gebundenen Form des AC führen, um cAMP zu erzeugen. Der hier beschriebene okkludierte Zustand fügt jedoch eine Zwischenstufe hinzu, die bisher noch nicht bekannt war. Der okkludierte Zustand und der aktive Zustand von AC9 existieren wahrscheinlich in einem Gleichgewicht; die Probe, die die Rekonstruktion des okkludierten Zustands erzeugt hat, kann durch das G-Protein aktiviert werden und cAMP erzeugen. Der deutlich verringerte Km-Wert des Proteins für ATP (Abb. 3F) deutet außerdem darauf hin, dass die Okklusion der ATP-Stelle in Gegenwart des G-Proteins begünstigt werden könnte. Zukünftige Experimente werden dazu beitragen, die funktionelle Rolle dieser Proteinkonformation im katalytischen Zyklus von AC9 zu definieren.

Die in dieser Studie aufgedeckte Architektur von AC9 liefert Hinweise auf die mögliche Rolle der in die Membran eingebetteten Teile in Säugetier-ACs. Eine offensichtliche Funktion der Membrandomäne besteht darin, den korrekten Zusammenbau der aktiven Zyklase zu ermöglichen. Dies wird durch TM6 und TM12 erreicht, die den Rahmen für die HD bilden. Es ist wahrscheinlich, dass die Elemente des Proteins, die derzeit nicht aufgelöst werden können, d. h. der N-Terminus und die C1b-Domäne, zum Zusammenbau und zur Regulierung der Zyklasefunktion von AC9 beitragen (Abb. S6, E bis G). Daher ist es trotz der Trennung der katalytischen Domäne durch ~40 Å von der Lipiddoppelschicht denkbar, dass der Membranteil des Proteins die katalytische Domäne über die HD und die benachbarten Schleifenregionen beeinflussen kann.

Der verschlossene Zustand des Komplexes mit dem C-terminalen Peptid, das sowohl die aktive als auch die allosterische Stelle von AC9 bindet, könnte einen wichtigen autoregulatorischen Mechanismus darstellen, der in die AC-basierte Signaltransduktionsmaschinerie eingebaut ist. Das Vorhandensein des Peptids könnte dazu beitragen, die widersprüchlichen Beobachtungen einer Forskolin-Unempfindlichkeit von AC9 (14, 19, 20) zu erklären, was für eine kontextabhängige Autoregulation von AC9 spricht. Forskolin ist ein aus Pflanzen gewonnener Aktivator von ACs in Form eines kleinen Moleküls; der natürliche Aktivator oder Inhibitor dieser Stelle in den ACs wurde zwar postuliert (20), aber bisher nicht identifiziert. Im Fall von AC9 können wir nun zeigen, dass (i) Forskolin in der Lage ist, das Enzym zu aktivieren und (ii) der wahrscheinliche natürliche Regulator der allosterischen Stelle der Teil der C2b-Domäne ist, der an die aktive Region des Proteins bindet. Wir vermuten, dass C2b nach der Aktivierung durch das G-Protein (Abb. S14, A bis D) das AC9-Reaktionszentrum verschließt und die enzymatische Aktivität blockiert, wodurch eine übermäßige Produktion von cAMP in der Zelle verhindert wird (Abb. S14E). Dies steht im Einklang mit einem kürzlich erschienenen Bericht über die autoinhibitorische Funktion der C2b-Domäne von AC9 in einem zellulären Kontext (27). Unsere Ergebnisse könnten den Weg zu neuen Ansätzen in der Arzneimittelforschung ebnen, die den durch die AC9-Gα-Struktur offengelegten autoregulatorischen molekularen Mechanismus nutzen.

Supplementary Materials

science.sciencemag.org/content/364/6438/389/suppl/DC1

Materials and Methods

Figs. S1 bis S14

Tabellen S1 und S2

Referenzen (28-47)

http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse

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Referenzen und Anmerkungen

    1. R. K. Sunahara,
    2. C. W. Dessauer,
    3. A. G. Gilman

    , Complexity and diversity of mammalian adenylyl cyclases. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 36, 461-480 (1996). doi:10.1146/annurev.pa.36.040196.002333pmid:8725398

    1. W. J. Tang,
    2. A. G. Gilman

    , Adenylyl cyclases. Cell 70, 869-872 (1992). doi:10.1016/0092-8674(92)90236-6pmid:1525824

    1. D. Willoughby,
    2. D. M. Cooper

    , Organization and Ca2+ regulation of adenylyl cyclases in cAMP microdomains. Physiol. Rev. 87, 965-1010 (2007). doi:10.1152/physrev.00049.2006pmid:17615394

    1. J. A. Allen,
    2. J. Z. Yu,
    3. R. H. Dave,
    4. A. Bhatnagar,
    5. B. L. Roth,
    6. M. M. Rasenick

    , Caveolin-1 and lipid microdomains regulate Gs trafficking and attenuate Gs/adenylyl cyclase signaling. Mol. Pharmacol. 76, 1082-1093 (2009). doi:10.1124/mol.109.060160pmid:19696145

    1. S. Pierre,
    2. T. Eschenhagen,
    3. G. Geisslinger,
    4. K. Scholich

    , Capturing adenylyl cyclases as potential drug targets. Nat. Rev. Drug Discov. 8, 321-335 (2009). doi:10.1038/nrd2827pmid:19337273

    1. J. U. Linder

    , Class III adenylyl cyclases: Molekulare Mechanismen der Katalyse und Regulierung. Cell. Mol. Life Sci. 63, 1736-1751 (2006). doi:10.1007/s00018-006-6072-0pmid:16786220

    1. J. J. Tesmer,
    2. R. K. Sunahara,
    3. A. G. Gilman,
    4. S. R. Sprang

    , Crystal structure of the catalytic domains of adenylyl cyclase in a complex with Gsα.GTPγS. Science 278, 1907-1916 (1997). doi:10.1126/science.278.5345.1907pmid:9417641

    1. J. J. Tesmer,
    2. R. K. Sunahara,
    3. R. A. Johnson,
    4. G. Gosselin,
    5. A. G. Gilman,
    6. S. R. Sprang

    , Two-metal-ion catalysis in adenylyl cyclase. Science 285, 756-760 (1999). doi:10.1126/science.285.5428.756pmid:10427002

    1. J. Krupinski,
    2. F. Coussen,
    3. H. A. Bakalyar,
    4. W. J. Tang,
    5. P. G. Feinstein,
    6. K. Orth,
    7. C. Slaughter,
    8. R. R. Reed,
    9. A. G. Gilman

    , Adenylyl cyclase amino acid sequence: Possible channel- or transporter-like structure. Science 244, 1558-1564 (1989). doi:10.1126/science.2472670pmid:2472670

    1. J. E. Schultz,
    2. S. Klumpp,
    3. R. Benz,
    4. W. J. Schürhoff-Goeters,
    5. A. Schmid

    , Regulation of adenylyl cyclase from Paramecium by an intrinsic potassium conductance. Science 255, 600-603 (1992). doi:10.1126/science.1371017pmid:1371017

    1. D. A. Baker

    , Adenylyl- und Guanylylcyclasen aus dem Malariaparasiten Plasmodium falciparum. IUBMB Life 56, 535-540 (2004). doi:10.1080/15216540400013937pmid:15590559

    1. I. Vercellino,
    2. L. Rezabkova,
    3. V. Olieric,
    4. Y. Polyhach,
    5. T. Weinert,
    6. R. A. Kammerer,
    7. G. Jeschke,
    8. V. M. Korkhov

    , Role of the nucleotidyl cyclase helical domain in catalytically active dimer formation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, E9821-E9828 (2017). doi:10.1073/pnas.1712621114pmid:29087332

    1. C. Gu,
    2. A. Sorkin,
    3. D. M. Cooper

    , Persistent interactions between the two transmembrane clusters dictate the targeting and functional assembly of adenylyl cyclase. Curr. Biol. 11, 185-190 (2001). doi:10.1016/S0960-9822(01)00044-6pmid:11231154

    1. R. T. Premont,
    2. I. Matsuoka,
    3. M. G. Mattei,
    4. Y. Pouille,
    5. N. Defer,
    6. J. Hanoune

    , Identification and characterization of a widely expressed form of adenylyl cyclase. J. Biol. Chem. 271, 13900-13907 (1996). doi:10.1074/jbc.271.23.13900pmid:8662814

    1. Y. Li,
    2. T. A. Baldwin,
    3. Y. Wang,
    4. J. Subramaniam,
    5. A. G. Carbajal,
    6. C. S. Brand,
    7. S. R. Cunha,
    8. C. W. Dessauer

    , Loss of type 9 adenylyl cyclase triggers reduced phosphorylation of Hsp20 and diastolic dysfunction. Sci. Rep. 7, 5522 (2017). doi:10.1038/s41598-017-05816-wpmid:28717248

    1. Y. Li,
    2. L. Chen,
    3. R. S. Kass,
    4. C. W. Dessauer

    , The A-kinase anchoring protein Yotiao facilitates complex formation between adenylyl cyclase type 9 and the IKs potassium channel in heart. J. Biol. Chem. 287, 29815-29824 (2012). doi:10.1074/jbc.M112.380568pmid:22778270

    1. C. W. Dessauer

    , Adenylyl cyclase-A-kinase anchoring protein complexes: Die nächste Dimension der cAMP-Signalübertragung. Mol. Pharmacol. 76, 935-941 (2009). doi:10.1124/mol.109.059345pmid:19684092

    1. K. G. Tantisira,
    2. K. M. Small,
    3. A. A. Litonjua,
    4. S. T. Weiss,
    5. S. B. Liggett

    , Molecular properties and pharmacogenetics of a polymorphism of adenylyl cyclase type 9 in asthma: Interaktion zwischen Beta-Agonisten und Kortikosteroid-Signalwegen. Hum. Mol. Genet. 14, 1671-1677 (2005). doi:10.1093/hmg/ddi175pmid:15879435

    1. B. M. Hacker,
    2. J. E. Tomlinson,
    3. G. A. Wayman,
    4. R. Sultana,
    5. G. Chan,
    6. E. Villacres,
    7. C. Disteche,
    8. D. R. Storm

    , Cloning, chromosomal mapping, and regulatory properties of the human type 9 adenylyl cyclase (ADCY9). Genomics 50, 97-104 (1998). doi:10.1006/geno.1998.5293pmid:9628827

    1. S. Z. Yan,
    2. Z. H. Huang,
    3. R. K. Andrews,
    4. W. J. Tang

    , Conversion of forskolin-insensitive to forskolin-sensitive (mouse-type IX) adenylyl cyclase. Mol. Pharmacol. 53, 182-187 (1998). doi:10.1124/mol.53.2.182pmid:9463474

    1. R. Seifert,
    2. G. H. Lushington,
    3. T. C. Mou,
    4. A. Gille,
    5. S. R. Sprang

    , Inhibitors of membranous adenylyl cyclases. Trends Pharmacol. Sci. 33, 64-78 (2012). doi:10.1016/j.tips.2011.10.006pmid:22100304

    1. Y. Z. Chen,
    2. M. M. Matsushita,
    3. P. Robertson,
    4. M. Rieder,
    5. S. Girirajan,
    6. F. Antonacci,
    7. H. Lipe,
    8. E. E. Eichler,
    9. D. A. Nickerson,
    10. T. D. Bird,
    11. W. H. Raskind

    , Autosomal dominante familiäre Dyskinesie und faziale Myokymie: Single exome sequencing identifiziert eine Mutation in Adenylylcyclase 5. Arch. Neurol. 69, 630-635 (2012). doi:10.1001/archneurol.2012..54pmid:22782511

    1. F. C. Chang,
    2. A. Westenberger,
    3. R. C. Dale,
    4. M. Smith,
    5. H. S. Pall,
    6. B. Perez-Dueñas,
    7. P. Grattan-Smith,
    8. R. A. Ouvrier,
    9. N. Mahant,
    10. B. C. Hanna,
    11. M. Hunter,
    12. J. A. Lawson,
    13. C. Max,
    14. R. Sachdev,
    15. E. Meyer,
    16. D. Crimmins,
    17. D. Pryor,
    18. J. G. L. Morris,
    19. A. Münchau,
    20. D. Grozeva,
    21. K. J. Carss,
    22. L. Raymond,
    23. M. A. Kurian,
    24. C. Klein,
    25. V. S. C. Fung

    , Phenotypic insights into ADCY5-associated disease. Mov. Disord. 31, 1033-1040 (2016). doi:10.1002/mds.26598pmid:27061943

    1. S. R. Dharmaraj,
    2. E. R. Silva,
    3. A. L. Pina,
    4. Y. Y. Li,
    5. J.-M. Yang,
    6. C. R. Carter,
    7. M. K. Loyer,
    8. H. K. El-Hilali,
    9. E. K. Traboulsi,
    10. O. K. Sundin,
    11. D. K. Zhu,
    12. R. K. Koenekoop,
    13. I. H. Maumenee

    , Mutationsanalyse und klinische Korrelation bei Leber congenital amaurosis. Ophthalmic Genet. 21, 135-150 (2000). doi:10.1076/1381-6810(200009)2131-ZFT135pmid:11035546

    1. X. Zhao,
    2. Y. Ren,
    3. X. Zhang,
    4. C. Chen,
    5. B. Dong,
    6. Y. Li

    , A novel GUCY2D mutation in a Chinese family with dominant cone dystrophy. Mol. Vis. 19, 1039-1046 (2013). pmid:23734073

    1. S. G. Rasmussen,
    2. B. T. DeVree,
    3. Y. Zou,
    4. A. C. Kruse,
    5. K. Y. Chung,
    6. T. S. Kobilka,
    7. F. S. Thian,
    8. P. S. Chae,
    9. E. Pardon,
    10. D. Calinski,
    11. J. M. Mathiesen,
    12. S. T. A. Shah,
    13. J. A. Lyons,
    14. M. Caffrey,
    15. S. H. Gellman,
    16. J. Steyaert,
    17. G. Skiniotis,
    18. W. I. Weis,
    19. R. K. Sunahara,
    20. B. K. Kobilka

    , Crystal structure of the β2 adrenergic receptor-Gs protein complex. Nature 477, 549-555 (2011). doi:10.1038/nature10361pmid:21772288

    1. A. Pálvölgyi,
    2. J. Simpson,
    3. I. Bodnár,
    4. J. Bíró,
    5. M. Palkovits,
    6. T. Radovits,
    7. P. Skehel,
    8. F. A. Antoni

    , Auto-inhibition of adenylyl cyclase 9 (AC9) by an isoform-specific motif in the carboxyl-terminal region. Cell. Signal. 51, 266-275 (2018). doi:10.1016/j.cellsig.2018.08.010pmid:30121334

    1. C. L. Morales-Perez,
    2. C. M. Noviello,
    3. R. E. Hibbs

    , Manipulation of Subunit Stoichiometry in Heteromeric Membrane Proteins. Structure 24, 797-805 (2016). doi:10.1016/j.str.2016.03.004pmid:27041595

    1. M. H. Kubala,
    2. O. Kovtun,
    3. K. Alexandrov,
    4. B. M. Collins

    , Structural and thermodynamic analysis of the GFP:GFP-nanobody complex. Protein Sci. 19, 2389-2401 (2010). doi:10.1002/pro.519pmid:20945358

    1. S. Q. Zheng,
    2. E. Palovcak,
    3. J.-P. Armache,
    4. K. A. Verba,
    5. Y. Cheng,
    6. D. A. Agard

    , MotionCor2: Anisotrope Korrektur der strahleninduzierten Bewegung für verbesserte Kryo-Elektronenmikroskopie. Nat. Methods 14, 331-332 (2017). doi:10.1038/nmeth.4193pmid:28250466

    1. K. Zhang

    , Gctf: CTF-Bestimmung und -Korrektur in Echtzeit. J. Struct. Biol. 193, 1-12 (2016). doi:10.1016/j.jsb.2015.11.003pmid:26592709

    1. S. H. Scheres

    , RELION: Implementation of a Bayesian approach to cryo-EM structure determination. J. Struct. Biol. 180, 519-530 (2012). doi:10.1016/j.jsb.2012.09.006pmid:23000701

    1. A. Punjani,
    2. J. L. Rubinstein,
    3. D. J. Fleet,
    4. M. A. Brubaker

    , cryoSPARC: Algorithms for rapid unsupervised cryo-EM structure determination. Nat. Methods 14, 290-296 (2017). doi:10.1038/nmeth.4169pmid:28165473

    1. X. C. Bai,
    2. E. Rajendra,
    3. G. Yang,
    4. Y. Shi,
    5. S. H. Scheres

    , Sampling the conformational space of the catalytic subunit of human γ-secretase. eLife 4, e11182 (2015). doi:10.7554/eLife.11182pmid:26623517

    1. A. Kucukelbir,
    2. F. J. Sigworth,
    3. H. D. Tagare

    , Quantifying the local resolution of cryo-EM density maps. Nat. Methods 11, 63-65 (2014). doi:10.1038/nmeth.2727pmid:24213166

    1. P. Emsley,
    2. B. Lohkamp,
    3. W. G. Scott,
    4. K. Cowtan

    , Features and development of Coot. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 66, 486-501 (2010). doi:10.1107/S0907444910007493pmid:20383002

    1. T. C. Mou,
    2. A. Gille,
    3. D. A. Fancy,
    4. R. Seifert,
    5. S. R. Sprang

    , Structural basis for the inhibition of mammalian membrane adenylyl cyclase by 2ʹ(3ʹ)-O-(N-Methylanthraniloyl)-guanosine 5′-triphosphate. J. Biol. Chem. 280, 7253-7261 (2005). doi:10.1074/jbc.M409076200pmid:15591060

    1. P. V. Afonine,
    2. J. J. Headd,
    3. T. C. Terwelliger,
    4. P. D. Adams

    , New tool: Phenix. real_space_refine. Computational Crystallography Newsletter 4, 43-44 (2014).

    1. P. D. Adams,
    2. P. V. Afonine,
    3. G. Bunkóczi,
    4. V. B. Chen,
    5. I. W. Davis,
    6. N. Echols,
    7. J. J. Headd,
    8. L.-W. Hung,
    9. G. J. Kapral,
    10. R. W. Grosse-Kunstleve,
    11. A. J. McCoy,
    12. N. W. Moriarty,
    13. R. Oeffner,
    14. R. J. Read,
    15. D. C. Richardson,
    16. J. S. Richardson,
    17. T. C. Terwilliger,
    18. P. H. Zwart

    , PHENIX: A comprehensive Python-based system for macromolecular structure solution. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 66, 213-221 (2010). doi:10.1107/S0907444909052925pmid:20124702

    1. A. Amunts,
    2. A. Brown,
    3. X. C. Bai,
    4. J. L. Llácer,
    5. T. Hussain,
    6. P. Emsley,
    7. F. Long,
    8. G. Murshudov,
    9. S. H. W. Scheres,
    10. V. Ramakrishnan

    , Structure of the yeast mitochondrial large ribosomal subunit. Science 343, 1485-1489 (2014). doi:10.1126/science.1249410pmid:24675956

    1. V. B. Chen,
    2. W. B. Arendall 3rd,
    3. J. J. Headd,
    4. D. A. Keedy,
    5. R. M. Immormino,
    6. G. J. Kapral,
    7. L. W. Murray,
    8. J. S. Richardson,
    9. D. C. Richardson

    , MolProbity: All-atom structure validation for macromolecular crystallography. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 66, 12-21 (2010). doi:10.1107/S0907444909042073pmid:20057044

  1. The PyMOL Molecular Graphics System, Version 2.0, Schrödinger, LLC.

    1. E. F. Pettersen,
    2. T. D. Goddard,
    3. C. C. Huang,
    4. G. S. Couch,
    5. D. M. Greenblatt,
    6. E. C. Meng,
    7. T. E. Ferrin

    , UCSF Chimera-A visualization system for exploratory research and analysis. J. Comput. Chem. 25, 1605-1612 (2004). doi:10.1002/jcc.20084pmid:15264254

    1. R. Alvarez,
    2. D. V. Daniels

    , A single column method for the assay of adenylate cyclase. Anal. Biochem. 187, 98-103 (1990). doi:10.1016/0003-2697(90)90423-7pmid:2164795

  2. ↵One-way ANOVA gefolgt von Dunnett’s multiple comparisons test wurde durchgeführt mit GraphPad Prism Version 7.00 für Windows, GraphPad Software, La Jolla California USA, www.graphpad.com.
Danksagungen: Wir danken der PSI EM Facility (T. Ishikawa und E. Mueller-Gubler), dem Zentrum für Mikroskopie und Bildanalyse der Universität Zürich, dem Wissenschaftlichen Zentrum für Optische und Elektronenmikroskopie der ETH Zürich und der Electron Microscopy Core Facility am EMBL Heidelberg. Wir danken der European Synchrotron Radiation Facility für die Bereitstellung von Strahlzeit am CM01 (Projekt MX 2106). Wir danken F. Weis (EMBL Heidelberg), M. Peterek (ETH Zürich) und E. Kandiah (ESRF) für ihre Unterstützung und ihr Fachwissen bei der Sammlung hochauflösender Kryo-EM-Daten. Wir danken auch der wissenschaftlichen IT-Gruppe am PSI (D. Ozerov) für ihre Unterstützung und M. Steinmetz (Paul Scherrer Institut) für die kritische Durchsicht und Kommentierung des Manuskripts. Finanzierung: Diese Studie wurde unterstützt durch iNEXT (PID 3200), den Schweizerischen Nationalfonds (SNF-Förderungsprofessur 150665), die ETH (ETH-29 15-1) und die Novartis Stiftung für medizinisch-biologische Forschung (14C178) für V.M.K. sowie den Schweizerischen Nationalfonds (SNF 31003A_179418) und die Mäxi-Stiftung für O.M. Autorenbeiträge: C.Q. konzipierte und führte die Experimente durch, analysierte die Daten und schrieb das Manuskript; S.S. führte die Experimente zur Kryo-EM-Datenerfassung durch und trug zum Schreiben des Manuskripts bei; O.M. konzipierte die Experimente und trug zum Schreiben des Manuskripts bei; und V.M.K. konzipierte die Experimente, analysierte die Daten und schrieb das Manuskript. Konkurrierende Interessen: Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben. Verfügbarkeit von Daten und Materialien: Die Kryo-EM-Dichtekarten sind in der Electron Microscopy Data Bank unter den Zugangsnummern EMD-4719, EMD-4721, EMD-4722, EMD-4723, EMD-4724, EMD-4725 und EMD-4726 hinterlegt. Die Atomkoordinaten wurden in der Protein Data Bank unter den Eintragscodes 6R3Q, 6R4O und 6R4P hinterlegt. Alle anderen Daten sind im Manuskript oder in den ergänzenden Materialien verfügbar.

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