Effects of amino acid sequence and lipids on the structure and self-association of transmembrane helices

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K07013
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
• Research Institution: Mukogawa Women's University (2021); Kyoto University (2019-2020)
• Principal Investigator: Yano Yoshiaki 武庫川女子大学, 薬学部, 教授 (60402799)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: モデル膜貫通ヘリックス

Outline of Final Research Achievements

Effects of sequence context around GXXXG and membrane cholesterol on the self-association of helices were investigated to reveal lipid regulation mechanisms of membrane protein functions. The strength of helix association was very sensitive to the lipid composition. Measurements of helix orientation angle and computer prediction of the dimer structure revealed that membrane cholesterol selectively stabilize X-shaped helix dimers. These results demonstrate the significance of membranous force that constraint structure of membrane proteins.

Free Research Field

生体膜の生物物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで、膜貫通ヘリックスのアミノ酸配列に着目した研究、二分子膜の脂質組成に着目した研究はそれぞれ行われてきたが、生理的状態を考えると当然研究すべきにもかかわらず、両者の影響を系統的に測定し統合的に解釈するアプローチは皆無だった。本研究では定量性や一般性に優れ、膜内のヘリックス安定性、自己会合力を熱力学量や速度定数として計測できるモデル実験系を活用し、膜貫通ヘリックスの会合・構造のアミノ酸配列・コレステロール依存性のルールを解明した。これまで測定法の欠如、重要性の認知度不足などから無視されることも多かった、脂質による膜タンパク質制御メカニズムの一端を解明できた。