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Cell:一种新型的蛋白质折叠原则-电荷拉链原则

来源:生物谷 2013-01-21 00:03

2013年1月21日 讯 /生物谷BIOON/ --膜蛋白是细胞表面的分子机器,其可以控制不同的细胞过程,比如跨类脂膜的分子运输、信号转导以及光合作用。膜蛋白在细胞膜的形成过程中扮演着重要的角色。近日,刊登在国际杂志Cell上的一篇研究报告中,来自卡尔斯鲁厄理工学院和卡利亚里大学的研究者揭示了一种新型的电荷拉链原则(charge zipper principle),蛋白质按照这种原则可以形成细胞的功能单元。

研究者Anne Ulrich教授表示,这种新型的基本准则可以使得物质从天然的状态转变成构造成新型的分子,带电侧链间的电子拉链是我们发现的一种新型机制,膜蛋白可以按照这种原则来中和自身的电荷,比如膜蛋白可以将电子拉链浸入疏水的细胞膜中。

在研究中,研究者研究了双精氨酸移位酶(Tat),细菌的细胞膜可以用其当做输出机器来进行蛋白质的折叠,许多TatA的亚蛋白可以装配成一种小孔,来使其尺寸达到运输物质的最佳尺寸。但是这样一个小孔如何由TatA蛋白质来构成的?而且这些TatA蛋白质如何进行可逆转换来形成细胞膜上巨大的孔,来使得一系列的的小分子通过?研究者在文章中针对这些问题都进行了回答。

研究者在枯草芽孢杆菌中对蛋白质TatA进行了分子结构的研究,枯草芽孢杆菌中蛋白质TatA是一个含有70个氨基酸的链,研究揭示,其可以折叠成为一种坚硬、棒状的螺旋结构,螺旋中的许多氨基酸和相邻的结构拉伸携带有正电荷或负电荷,更让人意外的是,这种螺旋结构电荷的序列可以通过蛋白质相邻结构的拉伸来进行互补。当蛋白质在连接点进行折叠,类似于袖珍手术刀一样,这时候正负电荷就会相遇来彼此吸引,因此,蛋白质连接着其片段就类似于拉链互相“咬合的牙齿”。

文章中主要揭示了结合原则同样对于相邻蛋白质也适用,每一个TatA蛋白质除了单独进行折叠以外,同样可以和其“邻居”形成电荷拉链的形式。这种新型的电荷拉链原则不仅仅在蛋白质运输过程中扮演着重要角色,而且可以作为特定的抗微生物肽类对细菌实施攻击,或者作为一种压力效应来抑制细菌的生物被膜产生。(生物谷Bioon.com)

Folding and Self-Assembly of the TatA Translocation Pore Based on a Charge Zipper Mechanism

Torsten H. Walther, Christina Gottselig, Stephan L. Grage, Moritz Wolf, Attilio V. Vargiu, Marco J. Klein, Stefanie Vollmer, Sebastian Prock, Mareike Hartmann, Sergiy Afonin, Eva Stockwald, Hartmut Heinzmann, Olga V. Nolandt, Wolfgang Wenzel, Paolo Ruggerone, Anne S. Ulrich

We propose a concept for the folding and self-assembly of the pore-forming TatA complex from the Twin-arginine translocase and of other membrane proteins based on electrostatic “charge zippers.” Each subunit of TatA consists of a transmembrane segment, an amphiphilic helix (APH), and a C-terminal densely charged region (DCR). The sequence of charges in the DCR is complementary to the charge pattern on the APH, suggesting that the protein can be “zipped up” by a ladder of seven salt bridges. The length of the resulting hairpin matches the lipid bilayer thickness, hence a transmembrane pore could self-assemble via intra- and intermolecular salt bridges. The steric feasibility was rationalized by molecular dynamics simulations, and experimental evidence was obtained by monitoring the monomer-oligomer equilibrium of specific charge mutants. Similar “charge zippers” are proposed for other membrane-associated proteins, e.g., the biofilm-inducing peptide TisB, the human antimicrobial peptide dermcidin, and the pestiviral ERNS protein.

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