Secトランスロコンを介した共翻訳膜タンパク質の統合とトランスロケーションのダイナミクス

Dynamics of Co-translational Membrane Protein Integration and Translocation via the Sec Translocon.

• Michiel J M Niesen
• Matthew H Zimmer
• Thomas F Miller

抄録

細胞機能の重要な側面は、新しく合成されたタンパク質を正しく標的化して送達することです。この課題の中心となるのが、Sec トランスロコンの仕組みであり、細胞膜を横断する初期タンパク質の移動と膜へのタンパク質の統合の両方に関与する膜貫通チャネルである。これまでの実験や計算機による研究では、Secトランスロコンとその役割（膜タンパク質の正しい折り畳みや発現など）に焦点を当ててきました。しかし、分子シミュレーション法を用いてSecによるタンパク質生合成を研究するには、システムサイズが大きく、時間スケールが長い（すなわち、分単位の）ため、その研究は困難であった。本研究では、これらの課題を解決し、実験との直接比較を可能にする粗視化シミュレーション手法の開発と応用について述べる。本研究では、このような課題を解決するために、膜タンパク質の発現レベルを合理的に向上させるための戦略として、膜タンパク質の発現レベルを合理的に向上させるために必要な分子機構の解明、新たな実験のための予測、および膜タンパク質の発現レベルを合理的に向上させるための戦略を提供することを目的としている。

An important aspect of cellular function is the correct targeting and delivery of newly synthesized proteins. Central to this task is the machinery of the Sec translocon, a transmembrane channel that is involved in both the translocation of nascent proteins across cell membranes and the integration of proteins into the membrane. Considerable experimental and computational effort has focused on the Sec translocon and its role in nascent protein biosynthesis, including the correct folding and expression of integral membrane proteins. However, the use of molecular simulation methods to explore Sec-facilitated protein biosynthesis is hindered by the large system sizes and long (i.e., minute) time scales involved. In this work, we describe the development and application of a coarse-grained simulation approach that addresses these challenges and allows for direct comparison with both and experiments. The method reproduces a wide range of experimental observations, providing new insights into the underlying molecular mechanisms, predictions for new experiments, and a strategy for the rational enhancement of membrane protein expression levels.