カーディオリピンは、細菌のトランスロコンの安定性と最適な膜タンパク質のトランスロケーションと挿入のために、生体内で必要とされています

Cardiolipin is required in vivo for the stability of bacterial translocon and optimal membrane protein translocation and insertion.

• Sergey Ryabichko
• Vilena de Melo Ferreira
• Heidi Vitrac
• Ramziya Kiyamova
• William Dowhan
• Mikhail Bogdanov

抄録

大腸菌内膜を横切るプレプロテインのトランスロケーションには、in vivoでもin situでも、負のヘッドグループ電荷を持つアニオン性脂質が必要である。しかし、この重要な膜関連のプロセスにおいて、モノアニオン性ホスファチジルグリセロールとジアニオン性カルジオリピン（CL）の役割を区別することはできません。CL が存在しないことでタンパク質のトランスロケーションや挿入に影響を与える分子過程を生体内で定義するために、CL が存在しない大腸菌変異体を用いて、トランスロコン活性、SecYEG の安定性、SecA との相互作用を解析した。その結果、CLを欠失した細胞では、成長障害は認められなかったが、内膜を横切るαへリックス蛋白質の共翻訳および翻訳後の転座と外膜βバレル前駆体の形成が著しく損なわれていることがわかった。また、内膜へのタンパク質の挿入や内膜横断的な移動を阻害するプロトン起電力の構成要素は影響を受けなかった。しかし、二量体SecYEG複合体の安定性とSecAのオリゴマー化特性は強く損なわれたが、個々のSecYEGトランスロコン構成要素であるSecAとインサーターゼYidCのレベルはほとんど影響を受けなかった。これらの結果は、CLが細菌のトランスロコンの安定性、および大腸菌の内膜への共翻訳挿入およびトランスロケーションにおける効率的な機能に必要であることを示しています。

Translocation of preproteins across the Escherichia coli inner membrane requires anionic lipids by virtue of their negative head-group charge either in vivo or in situ. However, available results do not differentiate between the roles of monoanionic phosphatidylglycerol and dianionic cardiolipin (CL) in this essential membrane-related process. To define in vivo the molecular steps affected by the absence of CL in protein translocation and insertion, we analyzed translocon activity, SecYEG stability and its interaction with SecA in an E. coli mutant devoid of CL. Although no growth defects were observed, co- and post-translational translocation of α-helical proteins across inner membrane and the assembly of outer membrane β-barrel precursors were severely compromised in CL-lacking cells. Components of proton-motive force which could impair protein insertion into and translocation across the inner membrane, were unaffected. However, stability of the dimeric SecYEG complex and oligomerization properties of SecA were strongly compromised while the levels of individual SecYEG translocon components, SecA and insertase YidC were largely unaffected. These results demonstrate that CL is required in vivo for the stability of the bacterial translocon and its efficient function in co-translational insertion into and translocation across the inner membrane of E. coli.