ミトコンドリア電圧依存性アニオン選択的チャネルの3つのアイソフォームのN末端ドメインの折り畳み構造と膜親和性

Folded Structure and Membrane Affinity of the N-Terminal Domain of the Three Human Isoforms of the Mitochondrial Voltage-Dependent Anion-Selective Channel.

• Giorgia Manzo
• Ilaria Serra
• Andrea Magrí
• Mariano Casu
• Vito De Pinto
• Matteo Ceccarelli
• Mariano Andrea Scorciapino

抄録

電圧依存性アニオン選択的チャネル（VDAC）は、主にミトコンドリア外膜（MOM）に位置しています。VDACはミトコンドリア外膜（MOM）に位置しており、イオン交換や代謝物交換の制御に不可欠な役割を果たしています。特に、エネルギー関連のヌクレオチド交換におけるVDACの役割は、アポトーシス、癌、神経変性疾患などに多くの意味を持っています。VDACの機能は、βバレルドメインの内壁に結合しているN末端らせん状ドメインの移動性によって制御されていることが提案されている。N末端ドメインがチャネルの壁から離脱し、最終的に内腔から離れるとき、それは、細胞質環境にさらされたままでいるか、またはMOMの外側リーフレットと相互作用することができ、その後、それはまた、他のタンパク質パートナーと相互作用することができる。ヒトでは、３つの異なるＶＤＡＣアイソフォームが異なる組織特異的なレベルで発現しており、それぞれの役割が明らかになっている。N末端ドメインは高い配列類似性を持っていますが、重要な違いが存在し、タンパク質全体の機能性のほとんどはこのドメインに起因しています。本研究では、3種類の単離hVDAC N末端ペプチドの3次元構造と膜親和性を、フーリエ変換赤外分光法とNMR分光法を用いて、分子動力学シミュレーションと脂質単分子膜の表面圧力の測定を組み合わせて比較した。これらのペプチドはβバレルドメインから単離されたものとして研究されているが、観察された違いは、N末端ドメインによってタンパク質間の相互作用が媒介されているタンパク質全体の機能に関連していることがわかった。

Voltage-dependent anion-selective channels (VDACs) are primarily located in the mitochondrial outer membrane (MOM). They are essential for the regulation of ion and metabolite exchanges. In particular, their role in energy-related nucleotide exchange has many implications in apoptosis, cancer, and neurodegenerative diseases. It has been proposed that VDACs' functions are regulated by mobility of the N-terminal helical domain, which is bound to the inner wall of the main β-barrel domain but exists in equilibrium between the bound-folded and the unbound-unfolded state. When the N-terminal domain detaches from the channel's wall and eventually leaves the lumen, it can either stay exposed to the cytosolic environment or interact with the outer leaflet of the MOM; then, it may also interact with other protein partners. In humans, three different VDAC isoforms are expressed at different tissue-specific levels with evidence of distinct roles. Although the N-terminal domains share high sequence similarity, important differences do exist, with the functionality of the entire protein mostly attributed to them. In this work, the three-dimensional structure and membrane affinity of the three isolated hVDAC N-terminal peptides have been compared through Fourier-transform infrared and NMR spectroscopy in combination with molecular dynamics simulations, and measurement of the surface pressure of lipid monolayers. Although peptides were studied as isolated from the β-barrel domain, the observed differences are relevant for those whole protein's functions in which a protein-protein interaction is mediated by the N-terminal domain.