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滋賀トキシンが脂質圧縮を誘導する。膜の湾曲が発生するメカニズムの解明
Shiga Toxin Induces Lipid Compression: A Mechanism for Generating Membrane Curvature.
PMID: 31538793 DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03001.
抄録
生体膜は横方向に圧縮されにくく、膜面積の圧縮性と生物学的プロセスとの関連性はあまり知られていませんでした。我々は、X線表面散乱法を用いて、細菌性の滋賀トキシンが細胞内受容体である糖脂質Gb3と結合することで、ゲル相単分子膜中の脂質パッキングが圧縮されることを観察した。毒素によって引き起こされたこの脂質パッキングの再編成は、タンパク質が結合した膜のパッチを超えたところまで達しており、Gb3炭水化物とセラミドを分離するリンカーが毒素の膜圧縮能力を調節していることがわかった。天然の膜内では、毒素が細胞内に侵入した際に観察されるように、毒素が結合したリーフレットの非対称的な圧縮が、狭い膜の屈曲を開始するメカニズムを提供する可能性がある。このような脂質圧縮と糖脂質結合タンパク質による長距離の膜再編成は、クラスリンに依存しないエンドサイトーシスにおけるエンドサイトーシスピットの構築に直接的な意味を持つ膜生物学の新しい概念である。
Biomembranes are hard to compress laterally, and membrane area compressibility has not been associated with biological processes. Using X-ray surface scattering, we observed that bacterial Shiga toxin compresses lipid packing in a gel phase monolayer upon binding to its cellular receptor, the glycolipid Gb3. This toxin-induced reorganization of lipid packing reached beyond the immediate membrane patch that the protein was bound to, and linkers separating the Gb3 carbohydrate and ceramide moieties modulated the toxin's capacity to compress the membrane. Within a natural membrane, asymmetric compression of the toxin-bound leaflet could provide a mechanism to initiate narrow membrane bending, as observed upon toxin entry into cells. Such lipid compression and long-range membrane reorganization by glycolipid-binding proteins represent novel concepts in membrane biology that have direct implications for the construction of endocytic pits in clathrin-independent endocytosis.