Elucidation of Chaperone and Enzyme-like Mechanisms on Membrane Protein Integration by a Glycolipid MPIase

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K06143
• Research Institution: Suntory Foundation for Life Sciences
• Principal Investigator: 三浦 薫 (野村薫) 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所・構造生命科学研究部, 主席研究員 (90353515)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: MPIase / 膜挿入促進因子 / 膜脂質 / ピロリン酸 / 固体NMR / 分子間相互作用

Outline of Annual Research Achievements

膜構成要素の違いによる膜挿入と膜物性変化の相関
昨年度までに、疎水性ぺプチドの膜挿入効率を解析する方法を確立し、MPIaseは膜挿入を促進し、DAGは膜挿入抑制することが、この方法でも解析できることを確認した。さらに大腸菌を構成する脂質の一つであるフォスファチジルエタノールアミン(PE)に膜挿入阻害効果があることを見出した。今年度はさらに、膜構成要素による膜界面のパッキングや膜内部の流動性の違いを解析し、これら膜物性と膜挿入効率との相関を解析したところ、膜のパッキングが緩く、膜内部の流動性が高いほど、膜挿入しやすいことがわかった。特にリン脂質の頭部のサイズが小さいPEの存在割合が高くなるにつれて膜のパッキングはきつくなり、膜内部の流動性は低くなっていた。DAGやMPIaseは特に膜内部の流動性に影響を与えた。DAGは流動性を著しく抑え、MPIaseはその抑えられた流動性をある程度は回復させていたが、十分回復させることはなかった。このことより、MPIaseは膜の物性を変化することに加えて、嵩高い糖鎖構造やピロリン酸によるシャペロン効果、酵素様活性により、その膜挿入活性を発揮していることが考えられる。

塩基性アミノ酸選択的標識Pf3とMPIaseピロリン酸部位のNMRによる相互作用解析
塩基性アミノ酸を選択的に１5Nで安定同位体標識したPf3の部分構造とMPIaseの最小活性構造中のピロリン酸との間の膜中での分子間相互作用をNMR化学シフト摂動により解析した。Pf3のＣ末端部位にある2つの塩基性アミノ酸残基、アルギニン、リジンの側鎖とmini-MPIase-3との間に相互作用が観測されたが、特にアルギニン側鎖との相互作用が強いことがわかった。この結果は、膜表面に存在するMPIaseのピロリン酸の負電荷が基質蛋白質の塩基性残基を引き寄せることが膜挿入の鍵になっていることを示唆している。