脂質結合がコートタンパク質p24の二量化を制御している

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Biophys. J..2019 11;117(9):1554-1562. S0006-3495(19)30796-9. doi: 10.1016/j.bpj.2019.09.021.Epub 2019-09-23.

脂質結合がコートタンパク質p24の二量化を制御している

Lipid Binding Controls Dimerization of the Coat Protein p24 Transmembrane Helix.

Stefanie Pannwitt
Michael Stangl
Dirk Schneider

PMID: 31627840 PMCID: PMC6838755. DOI: 10.1016/j.bpj.2019.09.021.

抄録

コートタンパク質（COP）I および COP II 複合体は、真核細胞の小胞体とゴルジ体間のタンパク質輸送に関与しています。膜表面での COP I/II 複合体の形成は、小胞形成の初期段階であり、I 型膜貫通タンパク質である p24 によってマスターされます。p24モノマーのオリゴマー化は、膜貫通ドメイン内の相互作用を介して媒介および/または安定化されていることが示唆され、p24膜貫通らせんは、単一のスフィンゴミエリンC18:0分子を選択的に結合しているように見える。さらに、潜在的なコレステロール結合配列もまた、p24膜貫通ドメイン内で予測されている。したがって、スフィンゴミエリンおよび／または膜貫通ドメインへのコレステロール結合は、p24のオリゴマー状態を直接制御し、したがって、COPベシクル形成を制御する可能性がある。この研究では、p24の膜貫通らせんの配列特異的な二量化がLQ7モチーフによって媒介されていることを示したが、その中でも特に重要なのはGlnである。コレステロールがp24の二量化に直接的な影響を与えないのに対し、スフィンゴ脂質の結合は硬膜領域でのp24の二量化を明確に制御することができる。我々は、スフィンゴ脂質のp24膜貫通ヘリックスへの特異的な結合が、コレステロール含量が増加した膜におけるp24の二量化に影響を与えることを示唆している。コレステロールとSM C18:0の濃度が異なる小胞体とゴルジ膜の間でのシャトリングを伴うp24の活性には、明確に定義されたp24の二量化傾向が重要である可能性が高い。

Coat protein (COP) I and COP II complexes are involved in the transport of proteins between the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus in eukaryotic cells. The formation of COP I/II complexes at membrane surfaces is an early step in vesicle formation and is mastered by p24, a type I transmembrane protein. Oligomerization of p24 monomers was suggested to be mediated and/or stabilized via interactions within the transmembrane domain, and the p24 transmembrane helix appears to selectively bind a single sphingomyelin C18:0 molecule. Furthermore, a potential cholesterol-binding sequence has also been predicted in the p24 transmembrane domain. Thus, sphingomyelin and/or cholesterol binding to the transmembrane domain might directly control the oligomeric state of p24 and, thus, COP vesicle formation. In this study, we show that sequence-specific dimerization of the p24 transmembrane helix is mediated by a LQ7 motif, with Gln being of special importance. Whereas cholesterol has no direct impact on p24 dimerization, binding of the sphingolipid can clearly control dimerization of p24 in rigid membrane regions. We suggest that specific binding of a sphingolipid to the p24 transmembrane helix affects p24 dimerization in membranes with increased cholesterol contents. A clearly defined p24 dimerization propensity likely is crucial for the p24 activity, which involves shuttling in between the endoplasmic reticulum and the Golgi membrane, in which cholesterol and SM C18:0 concentrations differ.