アネキシンVは脂質相転移を誘導して膜欠陥を安定化させる

Annexin-V stabilizes membrane defects by inducing lipid phase transition.

• Yi-Chih Lin
• Christophe Chipot
• Simon Scheuring

抄録

アネキシンは、細胞質に豊富に存在するタンパク質で、Ca依存的な方法で負に帯電したリン脂質を放出する膜に結合します。細胞損傷時には、細胞外からのCaの侵入によりアネキシンの膜結合能が活性化され、その後、膜修復が開始されます。しかし、アネキシンの膜修復作用のメカニズムはほとんどわかっていませんでした。ここでは、高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）、フォトブリーチング後の蛍光回復（FRAP）、共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）、分子動力学シミュレーション（MDS）を用いて、アネキシンV（A5）がホスファチジルセリン（PS）に富む膜にどのように結合し、膜のCa濃度が高くなり、脂質のダイナミクスや組織に変化をもたらし、最終的には膜の相転移に至るかを解析した。格子にA5自己組織化は、さらに安定化し、おそらくゲル相に膜を構造化します。これらの知見は、膜修復における小胞融合によるパッチリシーリングのメカニズムと一致し、A5が負に帯電した脂質を損傷した細胞の内葉内に保持していることを示している。

Annexins are abundant cytoplasmic proteins, which bind to membranes that expose negatively charged phospholipids in a Ca-dependent manner. During cell injuries, the entry of extracellular Ca activates the annexin membrane-binding ability, subsequently initiating membrane repair processes. However, the mechanistic action of annexins in membrane repair remains largely unknown. Here, we use high-speed atomic force microscopy (HS-AFM), fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), confocal laser scanning microscopy (CLSM) and molecular dynamics simulations (MDSs) to analyze how annexin-V (A5) binds to phosphatidylserine (PS)-rich membranes leading to high Ca-concentrations at membrane, and then to changes in the dynamics and organization of lipids, eventually to a membrane phase transition. A5 self-assembly into lattices further stabilizes and likely structures the membrane into a gel phase. Our findings are compatible with the patch resealing through vesicle fusion mechanism in membrane repair and indicate that A5 retains negatively charged lipids in the inner leaflet in an injured cell.