EMCのアーキテクチャは、膜タンパク質の挿入経路を明らかにする

The architecture of EMC reveals a path for membrane protein insertion.

• John P O'Donnell
• Ben P Phillips
• Yuichi Yagita
• Szymon Juszkiewicz
• Armin Wagner
• Duccio Malinverni
• Robert J Keenan
• Elizabeth A Miller
• Ramanujan S Hegde

抄録

真核生物の遺伝子の約25％は、小胞体に集積された膜タンパク質をコードしている。EMCと呼ばれる多タンパク質複合体は、膜タンパク質の生合成に関与しているが、その作用機序はあまり理解されていない。ここでは、生化学的アッセイ、個々のサブユニットの結晶構造解析、部位特異的光架橋、および低温EM再構成を用いて、ヒトEMCの組成と構造を定義している。その結果、EMCの細胞質ドメインは、基質の膜貫通ドメイン(TMD)と結合することができる大きな、中程度の疎水性の前庭を含んでいることが示唆された。細胞質前庭は、単一の基質TMDを収容するのに十分な大きさの内腔封鎖された、脂質が露出した膜内溝につながります。細胞質前庭と膜内溝の間のギャップは、EMCからの基質の出口のための潜在的な経路を提供しています。これらの知見は、EMCがどのようにTMDのエネルギーに依存しない膜の挿入を容易にするかを示唆し、短いルーメンナルドメインのみがEMCによってトランスロケーションされる理由を説明し、EMCの提案されたシャペロン機能のモデルを制約する。

Approximately 25% of eukaryotic genes code for integral membrane proteins that are assembled at the endoplasmic reticulum. An abundant and widely conserved multi-protein complex termed EMC has been implicated in membrane protein biogenesis, but its mechanism of action is poorly understood. Here, we define the composition and architecture of human EMC using biochemical assays, crystallography of individual subunits, site-specific photocrosslinking, and cryo-EM reconstruction. Our results suggest that EMC's cytosolic domain contains a large, moderately hydrophobic vestibule that can bind a substrate's transmembrane domain (TMD). The cytosolic vestibule leads into a lumenally-sealed, lipid-exposed intramembrane groove large enough to accommodate a single substrate TMD. A gap between the cytosolic vestibule and intramembrane groove provides a potential path for substrate egress from EMC. These findings suggest how EMC facilitates energy-independent membrane insertion of TMDs, explain why only short lumenal domains are translocated by EMC, and constrain models of EMC's proposed chaperone function.

© 2020, O'Donnell et al.