葉酸エネルギー結合因子トランスポーターの膜を介した転倒メカニズム

Membrane mediated toppling mechanism of the folate energy coupling factor transporter.

• Ignacio Faustino
• Haleh Abdizadeh
• Paulo C T Souza
• Aike Jeucken
• Weronika K Stanek
• Albert Guskov
• Dirk J Slotboom
• Siewert J Marrink

抄録

エネルギー結合因子（ECF）トランスポーターは、細菌や古細菌における微量栄養素の取り込みを担っています。これらのトランスポーターは、一体型の膜ユニットであるS-コンポーネントと、三元系のECFモジュールから構成されています。これまでに、S成分がECFモジュールにドッキングした際に膜内で転倒することで基質輸送を媒介することが提案されている。本研究では、マルチスケールの分子動力学シミュレーションとインビトロ実験を行い、葉酸特異的なECFトランスポーターのS成分の分子的転倒メカニズムを研究した。シミュレーションの結果、ECFモジュール周辺の膜が強く曲がることが明らかになり、それがS成分のトッピングの駆動力となっていることが明らかになった。転倒した状態の安定性は、葉酸輸送活性測定によって確認されたように、非多層形成脂質の存在に依存する。これらのデータは、葉酸特異的ECFトランスポーターの脂質依存的なトッピングに基づくメカニズム、他のECFトランスポーターに適用される可能性のあるメカニズムの証拠を提供している。

Energy coupling factor (ECF) transporters are responsible for the uptake of micronutrients in bacteria and archaea. They consist of an integral membrane unit, the S-component, and a tripartite ECF module. It has been proposed that the S-component mediates the substrate transport by toppling over in the membrane when docking onto an ECF module. Here, we present multi-scale molecular dynamics simulations and in vitro experiments to study the molecular toppling mechanism of the S-component of a folate-specific ECF transporter. Simulations reveal a strong bending of the membrane around the ECF module that provides a driving force for toppling of the S-component. The stability of the toppled state depends on the presence of non-bilayer forming lipids, as confirmed by folate transport activity measurements. Together, our data provide evidence for a lipid-dependent toppling-based mechanism for the folate-specific ECF transporter, a mechanism that might apply to other ECF transporters.