蛋白質膜透過に関与する膜内在性因子SecGの構造と機能

参与蛋白质膜渗透的整合膜因子 SecG 的结构和功能

基本信息

批准号：
09780540
负责人：
西山賢一
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09780540/
关键词：
蛋白質膜透過 SecG SecA 大腸菌分泌膜内配向性プロトン駆動力リン脂質 GpsA

项目摘要

大腸菌における蛋白質膜透過反応において、ATPase活性を持つSecAはATPの結合により膜挿入し、加水分解を伴って膜から脱離するというサイクルを繰り返すと考えられている。申請者らは、膜内在性因子SecGが膜内配向性の反転・回復サイクルを繰り返すといった、膜蛋白質に対する常識を覆すほど大きな構造変化を引き起こしていることを発見している。膜透過反応におけるSecGの機能と膜内配向性の反転との関連を明らかにするため、種々のsec変異株のsecG遺伝子破壊を行った。secG遺伝子破壊により菌は低温感受性となるが、secAcsR11株のsecG遺伝子を破壊するとあらゆる温度で生育不能となった。このことはSecAとSecGの間に機能的相互作用があることを強く示唆している。このsecAcsR11株の変異部位を決定し、変異SecA(csSecA)を精製して生化学的な解析を行った。その結果、csSecAは前駆体蛋白質との相互作用が弱くなっており、csSecAによる蛋白質膜透過にはSecGが必須であることが判明した。また、csSecAの膜挿入もSecG依存であった。これらのことからSecA-SecG間には機能的に密接な関係があることが示された。蛋白質膜透過反応はプロトン駆動力により促進される。次にプロトン駆動力がSecA-SecGサイクルに及ぼす影響を調べた。その結果、SecAのATPase活性を阻害して膜挿入SecAの脱離を阻害してもプロトン駆動力を形成させるとSecAは脱離することを発見した。すなわち;プロトン駆動力により膜挿入SecAがATPの加水分解を必要とせずに脱離し、その結果膜透過が促進されると考えられる。また、低温下でSecGが存在しないとき、プロトン駆動力により膜挿入SecA量が増加することも判明した。このことは、プロトン駆動力がSecAの脱離のみに関与するのではなく、膜挿入も促進していることを強く示唆している。

在大肠杆菌中的蛋白质膜渗透反应中，具有ATPase活性的SECA被认为可以重复通过与ATP结合，然后用水解从膜上解剖ATPase激活的SECA插入膜中。申请人发现，子宫内膜因子SECG引起了巨大的结构变化，使有关膜蛋白的常见知识，例如膜内方向的重复循环。为了阐明SECG功能在膜通透反应中的关联与膜内方向的反转之间的关联，各种SEC突变体被破坏。 SECG基因的破坏使细菌容易受到低温的影响，但破坏了SECACSR11菌株中的SECG基因，使其无法在任何温度下生长。这强烈表明SECA和SECG之间存在功能相互作用。确定了该SECACSR11菌株的突变位点，并纯化了突变的SECA（CSSECA）并进行了生化分析。结果，CSSECA与前体蛋白的相互作用减弱了，发现SECG对于CSSECA渗透蛋白质膜至关重要。另外，CSSECA的膜插入也依赖于SECG。这些结果表明SECA和SECG之间存在密切的功能关系。蛋白质膜渗透反应通过质子驱动力加速。接下来，研究了质子驱动力对SECA-SECG周期的影响。结果，我们发现，即使抑制了SECA的ATPase活性并抑制膜插入的SECA的解吸，也会在形成质子驱动力时去除SECA。也就是说，据认为，质子驱动力会导致膜插入的SECA解剖，而无需水解ATP，这会促进膜渗透。还发现，当SECG在低温下不存在时，由于质子驱动力而导致的膜插入的SECA量增加。这强烈表明，质子的驱动力不仅参与了SECA解吸，还可以促进膜插入。