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膜は黄色で表されます。
単回膜貫通タンパク質は、単回貫通タンパク質またはビトピックタンパク質とも呼ばれ、脂質二重層を1回だけ貫通する膜貫通タンパク質です。 [1] [2]これらのタンパク質は、生物によって異なりますが、全膜貫通タンパク質の最大50％を占め、膜貫通αヘリックスを介した相互作用を含む、細胞内の異なるタンパク質間の相互作用のネットワークに大きく貢献しています。[3]これらは通常、生体膜の異なる側に位置する1つまたは複数の水溶性ドメインを含み、たとえば単回膜貫通受容体に含まれます。[4]これらの一部は小さく、光合成系や呼吸鎖などの大規模な多タンパク質膜貫通複合体の調節または構造安定化サブユニットとして機能します。ヒトゲノムでは2300を超える単回膜貫通タンパク質が同定されています。[5]
トポロジーベースの分類
バイトピックタンパク質は、その膜貫通トポロジーとタンパク質のアミノ酸配列における膜貫通ヘリックスの位置に応じて 4 つのタイプに分類されます。Uniprot によると、
- タイプI： 膜の細胞外側のN末端；シグナルペプチドが除去されている[6]
- タイプII：膜の細胞質側にあるN末端。膜貫通ヘリックスがN末端近くに位置し、アンカーとして機能する[7]
- タイプIII：膜の細胞外側のN末端；シグナルペプチドなし[8]
- タイプIV： 膜の細胞質側にあるN末端。膜貫通ヘリックスがC末端近くに位置し、アンカーとして機能する[9]
したがって、タイプ I タンパク質は、ストップ トランスファー アンカー シーケンスで脂質膜に固定され、合成中に N 末端ドメインがER ルーメンにターゲットされます。タイプ II とタイプ III はシグナル アンカー シーケンスで固定され、タイプ II は C 末端ドメインで ER ルーメンにターゲットされ、タイプ III は N 末端ドメインが ER ルーメンにターゲットされます。
構造
単回膜貫通タンパク質は、通常、細胞外ドメイン、膜貫通ドメイン、細胞内ドメインの3つのドメインで構成されています。膜貫通ドメインは約25アミノ酸残基で最も小さく、膜二重層に挿入されたαヘリックスを形成します。ECDは通常ICDよりもはるかに大きく、球状であることが多いのに対し、多くのICDは比較的高い無秩序性を持っています。[10]このクラスのタンパク質の中にはモノマーとして機能するものもありますが、二量体化または高次オリゴマー化が一般的です。[10] [11]
進化
生物のゲノム中の一回膜貫通タンパク質の数は大きく異なります。真核生物は原核生物よりも、多細胞生物は単細胞生物よりも多くなっています。[12]このクラスのタンパク質の割合は、モデル生物である Danio rerio（ゼブラフィッシュ）やCaenorhabditis elegans（線虫）よりもヒトの方が大きく、これらのタンパク質をコードする遺伝子が脊椎動物と哺乳類の系統で拡大していることを示唆しています。[4]
データベース
- メンブラノーム データベースは、いくつかのモデル生物からのビトピック タンパク質のデータベースです。
- OPM データベースのバイトピックタンパク質
参考文献
- ^ 「一回通過膜タンパク質」www.uniprot.org。
- ^ 膜構造生物学：生化学的および生物物理学的基礎付き、メアリー・ラッキー著、2014年、ケンブリッジ大学出版局、91ページ。
- ^ Zviling, Moti; Kochva, Uzi; Arkin, Isaiah T. (2007). 「二分子膜タンパク質の膜貫通ヘリックスはどの程度重要なのか?」Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes . 1768 (3): 387–392. doi :10.1016/j.bbamem.2006.11.019. PMID 17258687.
- ^ ab Pahl, Matthew C; Askinazi, Olga L; Hamilton, Catherine; Cheng, Irene; Cichewicz, Karol; Kuhn, Jason; Manohar, Sumanth; Deppmann, Christopher D (2013-10-18). 「シングルパス膜タンパク質によるシグナル伝達」 eLS : a0025160. doi :10.1002/9780470015902.a0025160. ISBN 978-0-470-01617-6。
- ^ Membranomeデータベースによるヒトの1回膜貫通タンパク質のリスト
- ^ 「シングルパスI型膜タンパク質」。UniProt 。2021年6月15日閲覧。
- ^ 「シングルパスII型膜タンパク質」UniProt 2021年6月15日閲覧。
- ^ 「シングルパスタイプIII膜タンパク質」。UniProt 。2021年6月15日閲覧。
- ^ 「シングルパスIV型膜タンパク質」UniProt 2021年6月15日閲覧。
- ^ ab ブッゲ、カトリーヌ;リンドルフ・ラーセン、クレステン。 Kragelund、Birse B. (2016 年 12 月)。 「シングルパス膜貫通受容体シグナル伝達を構造的観点から理解する - 私たちに何が欠けているのでしょうか?」(PDF)。FEBS ジャーナル。283 (24): 4424–4451。土井：10.1111/febs.13793。PMID 27350538。
- ^ Valley, Christopher C.; Lewis, Andrew K.; Sachs, Jonathan N. (2017 年 9 月). 「Piecing it together: Unraveling the elusive structure-function relationship in single-pass membrane receptors」. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes . 1859 (9): 1398–1416. doi :10.1016/j.bbamem.2017.01.016. PMC 5487282 . PMID 28089689.
- ^ ポゴジェワ、イリーナ D.;ロミゼ、アンドレイ L. (2018 年 2 月) 「シングルパス膜貫通タンパク質の進化と適応」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - 生体膜。1860年(2): 364–377。土井：10.1016/j.bbamem.2017.11.002。PMID 29129605。