Molecular mechanisms of lipid-protein interactions focusing on tension-sensing amino acids

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22634
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0701:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: Nomura Takeshi 兵庫県立大学, 環境人間学部, 准教授 (10706790)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 機械受容チャネル / メカノセンサー / 細胞膜張力 / タンパク質-脂質相互作用 / 大腸菌 / MscL / パッチクランプ法 / 電気生理学

Outline of Final Research Achievements

The bacterial mechanosensitive channel MscL directly opened by membrane tension from the cell membrane. However, the detailed gating mechanism of MscL is still remains unknown. Here, we focused on Phe-78 which has been considered as a mechanosensor of MscL, and replaced with 19 other amino acid residues to investigate the mechanosensitivity of F78X mutants by using the patch clamp technique. The channel currents of mutants which were replaced with acidic and/or basic amino acid residues, no channel activites were observed. On the other hand, hydrophobic and/or hydrophilic amino acid residues exhibited flickering, long open times and same behavior as wild-type MscL. These results suggested that the tension sensing from the cell membrane largely depends on the characteristics of the amino acid residues.

Free Research Field

メカノバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

聴覚、触覚、平衡感覚および固有感覚などに関与する受容器として機械受容チャネルが広く知られている。なかでも大腸菌機械受容チャネルMscLは、その結晶構造が明らかになっており、機械受容チャネル研究の初期段階から格好の材料として用いられてきたものの、その開閉機構に関しては不明であった。本研究は、MscLの機械刺激感受性にアミノ酸残基の特性が大きく関与していることを明らかにした。これらの結果は、機械受容チャネルの開閉メカニズムに重要な知見を与えるとともに、機械受容チャネルが関与する疾患の解明にも貢献するものと考えられる。