気孔形成性Bcl-2タンパク質Bok, Bak, Baxの活性と相互作用へのBH3ドメインと膜貫通ドメインの寄与

Contribution of BH3-domain and Transmembrane-domain to the Activity and Interaction of the Pore-forming Bcl-2 Proteins Bok, Bak, and Bax.

• Daniel Stehle
• Melanie Grimm
• Stephanie Einsele-Scholz
• Friederike Ladwig
• Janina Johänning
• Gerd Fischer
• Bernhard Gillissen
• Klaus Schulze-Osthoff
• Frank Essmann

抄録

内在性のアポトーシスシグナル伝達の中心は、ミトコンドリアからのチトクロムcの放出であり、これはプロアポトーシスエフェクター蛋白質Bax、Bak、またはBokに依存している。これらの孔形成エフェクター蛋白質は、4つのBcl-2ホモロジー(BH)ドメイン、BH3ドメインの疎水性アミノ酸配列、C末端の膜貫通ドメインを共有していますが、その機能については未だ不明な点が多いです。Bokが媒介するアポトーシスの分子基盤を明らかにするために、我々は膜貫通ドメイン欠損BokΔTMによるアポトーシス誘導を、それぞれのBaxとBak、およびBH3-stretchの最初のロイシンをグルタミン酸に変異させたタンパク質と比較して解析した。その結果、C末端の膜貫通ドメインを欠失させると、それぞれのタンパク質のプロアポトーシス機能が低下することを示した。また、BH3ドメインの最初のロイシン（L78E）の変異はBakの活性を阻害するが、BaxとBokの相同残基（L63EとL70E）の変異はアポトーシス誘導に影響を与えないことがわかった。意外なことに、BH3ドメインの変異と膜貫通ドメインの欠失を組み合わせると、抗アポトーシス蛋白質、特に一次Bok阻害蛋白質Mcl-1との相互作用が消失し、Bok(L70E)ΔTMのプロアポトーシス活性が増強されることが明らかになった。

Central to intrinsic apoptosis signaling is the release of cytochrome c from mitochondria, which depends on the pro-apoptotic effector proteins Bax, Bak or Bok. These pore-forming effector proteins share four Bcl-2 homology (BH) domains, a functionally essential and conserved sequence of hydrophobic amino acids in their BH3-domain and a C-terminal transmembrane-domain whose specific function remains rather unknown. To elucidate the molecular basis of Bok-mediated apoptosis we analyzed apoptosis induction by transmembrane-domain deficient BokΔTM compared to the respective Bax and Bak proteins and proteins in which the first leucine in the BH3-stretch was mutated to glutamic acid. We show that deletion of the C-terminal transmembrane-domain reduces the pro-apoptotic function of each protein. Mutation of the first leucine in the BH3-domain (L78E) blocks activity of Bak, while mutation of the homologue residues in Bax or Bok (L63E and L70E respectively) does not affect apoptosis induction. Unexpectedly, combined mutation of the BH3-domain and deletion of the transmembrane-domain enhances the pro-apoptotic activity of Bok(L70E)ΔTM by abolishing the interaction with anti-apoptotic proteins, especially the primary Bok-inhibitory protein Mcl-1. These results therefore suggest a specific contribution of the transmembrane-domain to the pro-apoptotic function and interaction of Bok.