Structural basis for regulation of human acetyl-CoA carboxylase

丙酮酸羧化酶 乙酰辅酶A羧化酶 变构调节 生物化学 蛋白质丝 脂肪酸合成 基因亚型 化学 生物 细胞生物学 基因
作者
Moritz Hunkeler,A. Hagmann,Edward Stuttfeld,Mohamed Chami,Yakir Guri,Henning Stahlberg,Timm Maier
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:558 (7710): 470-474 被引量:244
标识
DOI:10.1038/s41586-018-0201-4
摘要

Acetyl-CoA carboxylase catalyses the ATP-dependent carboxylation of acetyl-CoA, a rate-limiting step in fatty acid biosynthesis1,2. Eukaryotic acetyl-CoA carboxylases are large, homodimeric multienzymes. Human acetyl-CoA carboxylase occurs in two isoforms: the metabolic, cytosolic ACC1, and ACC2, which is anchored to the outer mitochondrial membrane and controls fatty acid β-oxidation1,3. ACC1 is regulated by a complex interplay of phosphorylation, binding of allosteric regulators and protein–protein interactions, which is further linked to filament formation1,4–8. These filaments were discovered in vitro and in vivo 50 years ago7,9,10, but the structural basis of ACC1 polymerization and regulation remains unknown. Here, we identify distinct activated and inhibited ACC1 filament forms. We obtained cryo-electron microscopy structures of an activated filament that is allosterically induced by citrate (ACC–citrate), and an inactivated filament form that results from binding of the BRCT domains of the breast cancer type 1 susceptibility protein (BRCA1). While non-polymeric ACC1 is highly dynamic, filament formation locks ACC1 into different catalytically competent or incompetent conformational states. This unique mechanism of enzyme regulation via large-scale conformational changes observed in ACC1 has potential uses in engineering of switchable biosynthetic systems. Dissecting the regulation of acetyl-CoA carboxylase opens new paths towards counteracting upregulation of fatty acid biosynthesis in disease. Cryo-electron microscopy studies of distinct, catalytically active and inactive filaments of human acetyl-CoA carboxylase 1 reveal the structural basis of its regulation.
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