膜貫通タンパク質

膜貫通タンパク質（IMP）^[1]は、生体膜に恒久的に付着している膜タンパク質の一種です。すべての膜貫通タンパク質はIMPに分類できますが、すべてのIMPが膜貫通タンパク質であるわけではありません。^{[2] IMPは、生物の}ゲノムにコード化されているタンパク質のかなりの部分を占めています。^[3]膜を通過するタンパク質は、膜タンパク質と直接接触している脂質として定義される環状脂質に囲まれています。このようなタンパク質は、洗剤、非極性溶媒、または場合によっては変性剤を使用することによってのみ膜から分離できます。

細胞膜に一時的にのみ付着するタンパク質は、表層膜タンパク質として知られています。これらのタンパク質は、内在性膜タンパク質と結合するか、いくつかの方法で脂質二重層に独立して挿入されます。

構造

約 160 種類の膜タンパク質の 3 次元構造が、X 線結晶構造解析または核磁気共鳴分光法によって原子分解能で決定されています。これらは抽出と結晶化に伴う困難さのため、研究対象としては難しいものです。さらに、IMP の多くの水溶性タンパク質ドメインの構造は、タンパク質データバンクで入手できます。膜に固定するα ヘリックスが除去されているため、抽出と結晶化が容易です。PDB で膜タンパク質を検索 (遺伝子オントロジー分類に基づく)

IMP は次の 2 つのグループに分けられます。

内在性ポリトピックタンパク質（膜貫通タンパク質）
一体型モノトピックタンパク質

インテグラルポリトピックタンパク質

最も一般的なタイプの IMP は、生体膜全体に広がる膜貫通タンパク質です。単回膜貫通タンパク質は膜を 1 回だけ通過しますが、複数回膜貫通タンパク質は膜を何度も通過しながら出入りします。単回膜貫通タンパク質は、カルボキシル末端が細胞質に向かうように配置されているタイプ Iと、アミノ末端が細胞質に向かうタイプ II に分類できます。タイプ III タンパク質は、単一のポリペプチドに複数の膜貫通ドメインを持ち、タイプ IV は膜を貫通するチャネルで一緒に組み立てられたいくつかの異なるポリペプチドで構成されています。タイプ V タンパク質は、共有結合した脂質を介して脂質二重層に固定されています。最後に、タイプ VI タンパク質は、膜貫通ドメインと脂質アンカーの両方を持っています。^[4]

一体型モノトピックタンパク質

一体型モノトピックタンパク質は膜の片側と結合しますが、脂質二重層を完全に覆うことはありません。

抽出

膜貫通タンパク質の研究が直面する多くの課題は、リン脂質二重層からのタンパク質の抽出に起因しています。膜貫通タンパク質はリン脂質二重層の幅に広がっているため、その抽出には周囲のリン脂質を破壊することが含まれますが、タンパク質の機能や構造を阻害するような損傷は発生しません。抽出には、「洗剤、低イオン塩（塩析）、せん断力、急速な圧力変化」の使用など、いくつかの成功した方法があります。^[5]

タンパク質構造の決定

国立衛生研究所(NIH) の一部である米国国立一般医学研究所(NIGMS)が資金提供しているタンパク質構造イニシアチブ(PSI) は、タンパク質の 3 次元構造を決定し、膜タンパク質を含む構造生物学で使用するための技術を開発することを目標としています。ホモロジーモデリングを使用すると、アミノ酸配列と関連する相同タンパク質の実験的 3 次元構造から、「ターゲット」の内在タンパク質の原子分解能モデルを構築できます。この手順は、リガンドであるG タンパク質結合受容体(GPCR) とその複合体に広く使用されています。^[6]

関数

IMPには、トランスポーター、リンカー、チャネル、受容体、酵素、構造膜アンカードメイン、エネルギーの蓄積と変換に関与するタンパク質、細胞接着を担うタンパク質が含まれます。トランスポーターの分類は、トランスポーター分類データベースで確認できます。^[7]

IMP（この場合は細菌の光捕捉色素、バクテリオロドプシン）とリン脂質二重層によって形成される膜との関係の例として、以下に示す。この例では、膜貫通タンパク質はリン脂質二重層を7回覆っている。二重層の疎水性領域に埋め込まれたタンパク質の部分はαヘリックスであり、主に疎水性アミノ酸で構成されている。タンパク質のC末端は細胞質にあり、N末端領域は細胞の外側にある。この特定のタンパク質を含む膜は光合成で機能することができる。^[8]

例

膜貫通タンパク質の例:

インスリン受容体
インテグリン、カドヘリン、NCAM、セレクチンなどの細胞接着タンパク質または細胞接着分子（CAM）のいくつかのタイプ
いくつかの種類の受容体タンパク質
グリコフォリン
ロドプシン
バンド 3
CD36
グルコースパーミアーゼ
イオンチャネルとゲート
ギャップ結合タンパク質
Gタンパク質共役受容体（例：βアドレナリン受容体）
セイピン
光化学系I ^[9]

参照

参考文献

^ 「内在タンパク質 | 生物学」ブリタニカ。 2022年7月4日閲覧。
^ スティーブン・R・グッドマン（2008年）。医療細胞生物学。アカデミック・プレス。pp.37– 。ISBN 978-0-12-370458-0. 2010年11月24日閲覧。
^ Wallin E, von Heijne G (1998). 「真正細菌、古細菌、真核生物由来の膜タンパク質のゲノムワイド解析」.タンパク質科学. 7 (4): 1029–38. doi :10.1002/pro.5560070420. PMC 2143985. PMID 9568909 .
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^ Fruchart-Marquer C、Fruchart-Gaillard C、Letellier G、Marcon E、Mourier G、Zinn-Justin S、Ménez A、Servent D、Gilquin B (2011 年 9 月)。「実験的二重変異サイクルデータに基づくリガンド-G タンパク質結合受容体 (GPCR) 複合体の構造モデル: 二量体 hM1 ムスカリン受容体に結合した MT7 ヘビ毒」。J Biol Chem . 286 (36): 31661–75. doi : 10.1074/jbc.M111.261404 . PMC 3173127 . PMID 21685390。
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[1] 「内在タンパク質 | 生物学」ブリタニカ。 2022年7月4日閲覧。

[Goodman2008-2] スティーブン・R・グッドマン（2008年）。医療細胞生物学。アカデミック・プレス。pp.37– 。ISBN 978-0-12-370458-0. 2010年11月24日閲覧。

[3] Wallin E, von Heijne G (1998). 「真正細菌、古細菌、真核生物由来の膜タンパク質のゲノムワイド解析」.タンパク質科学. 7 (4): 1029–38. doi :10.1002/pro.5560070420. PMC 2143985. PMID 9568909 .

[4] Nelson, DL, & Cox, MM (2008).生化学の原理（第5版、p. 377）。ニューヨーク、NY：WH Freeman and Company。

[5] ^ Muinao, Thingreila; Pal, Mintu; Boruah, Hari Prasanna Deka (2018). 「乳がん細胞と卵巣がん細胞の細胞質および膜貫通タンパク質抽出法：比較研究」。Journal of Biomolecular Techniques。29 ( 3): 71–78。doi : 10.7171 / jbt.18-2903-002。ISSN 1524-0215。PMC 6091320。PMID 30174558。

[PMID21685390-6] Fruchart-Marquer C、Fruchart-Gaillard C、Letellier G、Marcon E、Mourier G、Zinn-Justin S、Ménez A、Servent D、Gilquin B (2011 年 9 月)。「実験的二重変異サイクルデータに基づくリガンド-G タンパク質結合受容体 (GPCR) 複合体の構造モデル: 二量体 hM1 ムスカリン受容体に結合した MT7 ヘビ毒」。J Biol Chem . 286 (36): 31661–75. doi : 10.1074/jbc.M111.261404 . PMC 3173127 . PMID 21685390。

[pmid19022853-7] Saier MH、Yen MR、Noto K、Tamang DG、Elkan C (2009 年 1 月)。「トランスポーター分類データベース: 最近の進歩」。Nucleic Acids Res . 37 ( データベース号): D274–8。doi :10.1093/nar/ gkn862。PMC 2686586。PMID 19022853。

[8] 「Integral film protein」. academic.brooklyn.cuny.edu . 2015年2月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年1月29日閲覧。

[9] Golbeck, JH (1987). 「光化学系I反応中心複合体の構造、機能および組織」. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - バイオエナジェティクスに関するレビュー. 895 (3): 167–204. doi :10.1016/s0304-4173(87)80002-2. PMID 3333014.