複数の脂質種が内向き整流器カリウム（Kir2）チャネルとどのように相互作用するかの定義

Defining how multiple lipid species interact with inward rectifier potassium (Kir2) channels.

• Anna L Duncan
• Robin A Corey
• Mark S P Sansom

抄録

タンパク質と脂質の相互作用は、多くの膜タンパク質の機能の重要な要素である。これらの潜在的な相互作用は、膜脂質組成の複雑さと多様性とともに考慮されるべきである。内向き整流器カリウムチャネル（Ｋｉｒ）Ｋｉｒ２．ホスファチジルイノシトール(4,5)-ビスフォスフェート(PIP)はチャネルを活性化し、第二のアニオン性脂質サイトが同定されており、PIPによる活性化を増強し、コレステロールはチャネルを阻害する。分子動力学シミュレーションを用いて、複雑な形質膜モデルにおけるKir2.2のタンパク質-脂質相互作用を分子レベルで詳細に解析した。Kir2.2は機能的に重要な複数の脂質種を用いてシミュレーションされています。シミュレーションの結果、PIPは結晶学的相互作用部位で最も強固に相互作用し、この部位では他の脂質種を凌駕していることがわかった。ホスファチジルセリン（PS）は、以前に同定された二次的な陰イオン性脂質相互作用部位で、PIPの濃度に依存した方法で相互作用します。これらのアニオン性脂質の間に相互作用がある。このことから、タンパク質と脂質の相互作用を調べる際には、複数の脂質種を考慮する必要があることが分かりました。

Protein-lipid interactions are a key element of the function of many integral membrane proteins. These potential interactions should be considered alongside the complexity and diversity of membrane lipid composition. Inward rectifier potassium channel (Kir) Kir2.2 has multiple interactions with plasma membrane lipids: Phosphatidylinositol (4, 5)-bisphosphate (PIP) activates the channel; a secondary anionic lipid site has been identified, which augments the activation by PIP; and cholesterol inhibits the channel. Molecular dynamics simulations are used to characterize in molecular detail the protein-lipid interactions of Kir2.2 in a model of the complex plasma membrane. Kir2.2 has been simulated with multiple, functionally important lipid species. From our simulations we show that PIP interacts most tightly at the crystallographic interaction sites, outcompeting other lipid species at this site. Phosphatidylserine (PS) interacts at the previously identified secondary anionic lipid interaction site, in a PIP concentration-dependent manner. There is interplay between these anionic lipids: PS interactions are diminished when PIP is not present in the membrane, underlining the need to consider multiple lipid species when investigating protein-lipid interactions.

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.