SecAが介在するタンパク質のトランスロケーションに関与する2つの異なるアニオン性リン脂質依存性イベント

Two distinct anionic phospholipid-dependent events involved in SecA-mediated protein translocation.

• Sabrina Koch
• Marten Exterkate
• Cesar A López
• Megha Patro
• Siewert J Marrink
• Arnold J M Driessen

抄録

細菌の細胞質膜を横切るタンパク質の移動は、Sec トランスロケアーゼによって触媒される重要なプロセスであり、その最小の形態では、タンパク質伝導チャネルSecYEGとモーターATPアーゼSecAから構成されています。SecAは、正に荷電したN末端を介してアニオン性リン脂質を含む膜に結合し、脂質結合中間体を生成します。この相互作用はSecAの構造変化を誘導し、SecYEGとの親和性の高い会合をもたらし、タンパク質の移動を開始させる。ここでは、SecA-SecYEG相互作用に対するアニオン性脂質の影響をより詳細に調べ、タンパク質のトランスロケーションを刺激する第二のアニオン性脂質依存性イベントを発見しました。分子動力学シミュレーションに基づいて、SecYの側方ゲート付近にアニオン性脂質に富む領域を同定しました。この領域では、アニオン性脂質のヘッドグループがラテラルゲートにアクセスし、チャネルのプレオープン状態を安定化させている。シミュレーションの結果、リン脂質が側方ゲートに沿ってフリップフロップ運動することが示唆された。ラテラルゲートでのアニオン性リン脂質の静電的寄与は、直接、入力されるプレタンパク質のシグナル配列の正に帯電した残基を安定化する可能性があります。このようなメカニズムは、それによって、タンパク質のトランスロケーション中のシグナル配列の折り畳みにおけるアニオン性脂質の役割についての長い間求められていた説明を提供し、エントラントペプチドの正しい位置を可能にします。

Protein translocation across the bacterial cytoplasmic membrane is an essential process catalyzed by the Sec translocase, which in its minimal form consists of the protein-conducting channel SecYEG, and the motor ATPase SecA. SecA binds via its positively charged N-terminus to membranes containing anionic phospholipids, leading to a lipid-bound intermediate. This interaction induces a conformational change in SecA, resulting in a high-affinity association with SecYEG, which initiates protein translocation. Here, we examined the effect of anionic lipids on the SecA-SecYEG interaction in more detail, and discovered a second, yet unknown, anionic lipid-dependent event that stimulates protein translocation. Based on molecular dynamics simulations we identified an anionic lipid-enriched region in vicinity of the lateral gate of SecY. Here, the anionic lipid headgroup accesses the lateral gate, thereby stabilizing the pre-open state of the channel. The simulations suggest flip-flop movement of phospholipid along the lateral gate. Electrostatic contribution of the anionic phospholipids at the lateral gate may directly stabilize positively charged residues of the signal sequence of an incoming preprotein. Such a mechanism allows for the correct positioning of the entrant peptide, thereby providing a long-sought explanation for the role of anionic lipids in signal sequence folding during protein translocation.

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