ポリン（タンパク質）

利用可能なタンパク質構造:
パム	構造 / ECOD
ＰＤＢ	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBサム	構造の概要

グラム陰性ポリン
グラム陰性ポリン
識別子
シンボル	ポリン_08134891516
パム	PF00267
ファム一族	CL0193
インタープロ	著作権
プロサイト	PDOC00498
SCOP2	1mpf / スコープ / SUPFAM
TCDB	1.B.1
OPMスーパーファミリー	31
OPMタンパク質	1枚の写真
医療機器	cd01345
パム
利用可能なタンパク質構造:
パム	構造 / ECOD
ＰＤＢ	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBサム	構造の概要

ポリンは細胞膜を通過して細孔として機能するベータバレルタンパク質であり、分子が拡散できる。^[1]他の膜輸送タンパク質とは異なり、ポリンは受動拡散を可能にするのに十分な大きさであり、異なるタイプの分子に固有のチャネルとして機能する。ポリンは、グラム陰性細菌および一部のグラム陽性結核菌（ミコール酸含有放線菌）の外膜、ミトコンドリアの外膜、および外葉緑体膜（外葉緑体膜）に存在している。

構造

ポリンは、細胞質側でベータターン（βターン）によって連結されたベータストランド（βストランド）と、反対側でアミノ酸の長いループによって連結されたベータシート（βシート）で構成されています。βストランドは反平行に配置され、ベータバレル（βバレル）と呼ばれる円筒形のチューブを形成します。^[2]ポリンβストランドのアミノ酸構成は、極性残基と非極性残基が交互に並んでいる点で独特です。つまり、非極性残基は外膜の非極性脂質と相互作用するように外側を向いているのに対し、極性残基はベータバレルの中心に向かって内側を向いて水性チャネルを形成します。チャネル内の特定のアミノ酸が、さまざまな分子に対するポリンの特異性を決定します。

ポリンを構成するβバレルは、8本から22本ものβストランドから構成されています。個々のストランドはループとターンによって結合されています。^[3]ポリンの大部分はモノマーですが、二量体ポリンや八量体ポリンも発見されています。^[4]ポリンのサイズに応じて、タンパク質の内部は水で満たされているか、最大2本のβストランドが内部に折り返されているか、またはβストランドで構成された「ストッパー」セグメントが含まれています。

すべてのポリンは外膜内でホモ三量体を形成します。つまり、3つの同一のポリンサブユニットが会合して、3つのチャネルを持つポリン上部構造を形成します。 ^{[5]ホモ三量体内の各モノマー間の} 水素結合と双極子間相互作用により、モノマーは解離せず、外膜内で一緒に留まります。

ポリンタンパク質の構造を説明するために、いくつかのパラメータが使用されています。傾斜角 (α)、せん断数 (S)、ストランド数 (n)、バレル半径 (R) などです。^[6]傾斜角は膜に対する角度を指します。せん断数 (S) は、各 β ストランドに含まれるアミノ酸残基の数です。ストランド数 (n) はポリン内の β ストランドの数であり、バレル半径 (R) はポリンの開口部の半径を指します。これらのパラメータは、次の式で関連しています。

2\pi R={\frac {nb}{2\cos(\alpha )}}

そして、

\tan(\alpha )={\frac {Sa}{nb}}

これらの式を使用すると、利用可能なパラメータのうちのいくつかを知るだけで、ポリンの構造を決定できます。多くのポリンの構造はX線結晶構造解析を使用して決定されていますが、代わりにタンパク質の一次構造を配列決定する代替方法を使用することもできます。

細胞の役割

ポリンは、細菌や真核生物の膜に見られる水で満たされた孔とチャネルです。ポリンのようなチャネルは古細菌でも発見されています。^{[7] 「}核ポリン」という用語は、核膜の核孔を通る輸送を促進する無関係なタンパク質を指すことに注意してください。

ポリンは主に、様々なサイズと電荷の親水性分子を膜を介して受動的に輸送することに関与しています。^[8]生存のためには、特定の必要な栄養素と基質を細胞内に輸送する必要があります。同様に、毒素や老廃物は毒性の蓄積を避けるために細胞外に輸送する必要があります。^[9]さらに、ポリンは細胞への洗剤の侵入を制限することで透過性を調節し、溶解を防ぐことができます。^[8]

異なる物質を輸送するために、一般ポリンと選択ポリンの2種類のポリンが存在します。一般ポリンは基質特異性はありませんが、陰イオンや陽イオンに対してわずかな好みを示すものもあります。^[8]選択ポリンは一般ポリンよりも小さく、化学種に対する特異性があります。これらの特異性は、ポリンの閾値サイズと、ポリンを裏打ちするアミノ酸残基によって決まります。^[5]

グラム陰性細菌では、内膜が主要な透過障壁である。^[10]外膜はポリンの存在により親水性物質に対してより透過性である。^{[5]ポリンは細菌とポリンの種類に応じて輸送可能な分子の閾値サイズを持つ。一般的に、600}ダルトン未満の物質のみが拡散することができる。^[8]

多様性

ポリンは最初にグラム陰性細菌で発見されましたが、両方のタイプのポリンを持つグラム陽性細菌も発見されています。^[9]これらは同様の輸送機能を示しますが、グラム陰性細菌に見られる分布と比較して、より限られた種類のポリンを持っています。^{[9]グラム陽性細菌には外膜がないため、これらのポリンチャネルは代わりに}細胞壁内の特定の脂質に結合しています。^[7]

ポリンは真核生物にも見られ、具体的にはミトコンドリアと葉緑体の外膜に見られる。^[9]^[10]細胞小器官には、細菌のものと構造的にも機能的にも類似した一般的なポリンが含まれている。これらの類似性は、真核生物の細胞小器官がグラム陰性細菌から発生したとする共生説を支持している。 ^[10]しかし、真核生物のポリンはグラム陽性ポリンと同様に限られた多様性を示し、代謝中により大きな電圧依存的な役割も示す。^[9]^[10]

古細菌には、一般的なポリンに由来するイオンチャネルも含まれています。^[7]チャネルは細胞膜に存在し、溶質の移動を促進します。細菌やミトコンドリアのポリンと同様の特性を持ち、生命の3つの領域すべてで生理学的重複が見られます。^[7]

抗生物質耐性

多くのポリンは宿主の免疫細胞の標的となり、細菌の分解につながるシグナル伝達経路を形成します。ワクチン接種や抗生物質などの治療法は、この免疫反応を補うために使用されます。^[5]特定の抗生物質は、細胞プロセスを阻害するためにポリンを通過するように設計されています。^[8]

しかし、選択圧により、細菌はポリン遺伝子の変異を通じて耐性を獲得する可能性があります。 ^{[5]変異によりポリンが失われ、抗生物質の透過性が低下したり、輸送から完全に排除されたりする可能性があります。これらの変化は、}抗生物質耐性の世界的な出現と、感染症による死亡率の上昇に寄与しています。^[5]

発見

ポリンの発見は、「ポリノロジスト」の異名を持つ二階堂宏氏によるものとされている。^[11]

分類

TCDBによると、進化的に独立した 5 つのポリンスーパーファミリーがあります。ポリンスーパーファミリー I には、膜貫通β ストランド (β-TMS)の数が異なる 47 のポリンファミリーが含まれます。これらには、GBP、SP、RPP ポリンファミリーが含まれます。PSF I には 47 のファミリーが含まれますが、PSF II-V にはそれぞれ 2 つのファミリーのみが含まれます。PSF I は主にグラム陰性細菌の真核生物ミトコンドリアポリンの 1 つのファミリーに由来しますが、PSF II および V ポリンは放線菌に由来します。PSF III および V は真核生物の細胞小器官に由来します。^[12]^[13]

ポリンスーパーファミリー I

1.B.1 -一般細菌ポリンファミリー
1.B.2 - クラミジアポリン (CP) ファミリー
1.B.3 -糖ポリン(SP) ファミリー
1.B.4 -ブルセラ・リゾビウムポリン(BRP) ファミリー
1.B.5 -シュードモナスOprP ポリン (POP) ファミリー
1.B.6 - OmpA-OmpF ポリン (OOP) ファミリー
1.B.7ロドバクターPorCa ポリン (RPP) ファミリー
1.B.8ミトコンドリアおよびプラスチドポリン (MPP) ファミリー
1.B.9 FadL 外膜タンパク質 (FadL) ファミリー
1.B.10ヌクレオシド特異的チャネル形成外膜ポリン (Tsx) ファミリー
1.B.11 外膜線毛アッシャーポリン (FUP) ファミリー
1.B.12オートトランスポーター 1 (AT-1) ファミリー
1.B.13 アルギン酸輸出ポリン (AEP) ファミリー
1.B.14外膜受容体 (OMR) ファミリー
1.B.15 ラフィノースポリン (RafY) ファミリー
1.B.16 短鎖アミドおよび尿素ポリン (SAP) ファミリー
1.B.17外膜因子 (OMF) ファミリー
1.B.18外膜補助 (OMA) タンパク質ファミリー
1.B.19 グルコース選択的 OprB ポリン (OprB) ファミリー
1.B.20 2 パートナー分泌 (TPS) ファミリー
1.B.21 OmpG ポリン (OmpG) ファミリー
1.B.22 細菌外膜セクレチン (セクレチン) ファミリー
1.B.23 シアノバクテリアポリン (CBP) ファミリー
1.B.24結核菌ポリン
1.B.25外膜ポリン (Opr) ファミリー
1.B.26 シクロデキストリンポリン (CDP) ファミリー
1.B.31カンピロバクタージェジュニ主要外膜ポリン (MomP) ファミリー
1.B.32 フゾバクテリア外膜ポリン (FomP) ファミリー
1.B.33 外膜タンパク質挿入ポリン (Bam 複合体) (OmpIP) ファミリー
1.B.34コリネバクテリアポリン
1.B.35オリゴガラクツロネート特異的ポリン (KdgM) ファミリー
1.B.39細菌ポリン、OmpW (OmpW) ファミリー
1.B.42 - 外膜リポ多糖エクスポートポリン (LPS-EP) ファミリー
1.B.43 -コクシエラポリン P1 (CPP1) ファミリー1.B.44 -ポルフィロモナスジンジバリスポリンの
推定タンパク質転座(PorT) ファミリー 1.B.49 -アナプラズマP44 (A-P44) ポリンファミリー 1.B.54 -インチミン/インバシン (Int/Inv) またはオートトランスポーター 3ファミリー 1.B.55 - ポリアセチルグルコサミンポリン (PgaA) ファミリー 1.B.57 - レジオネラ主要外膜タンパク質 (LM-OMP) ファミリー 1.B.60 - Omp50 ポリン (Omp50 ポリン) ファミリー

1.B.61 - デルタプロテオバクテリアポリン (デルタポリン) ファミリー
1.B.62 - 推定細菌ポリン (PBP) ファミリー
1.B.66 - 推定ベータバレルポリン 2 (BBP2) ファミリー
1.B.67 - 推定ベータバレルポリン 4 (BBP4) ファミリー
1.B.68 - 推定ベータバレルポリン 5 (BBP5) スーパーファミリー
1.B.70 - 外膜チャネル (OMC) ファミリー
1.B.71 - プロテオバクテリア/疣贅菌ポリン (PVP) ファミリー
1.B.72 - プロトクラミジア外膜ポリン (PomS/T) ファミリー
1.B.73 - カプセル生合成/組み立て (CBA) ファミリー
1.B.78 - DUF3374電子伝達関連ポリン（ETポリン）ファミリー

ポリンスーパーファミリー II (MspA スーパーファミリー)

1.B.24 -結核菌ポリン
1.B.58 - ノカルジアヘテロオリゴマー細胞壁チャネル (NfpA/B) ファミリー

ポリンスーパーファミリー III

1.B.28 - 24 kDa のプラスチド外膜ポリン (OEP24) ファミリー
1.B.47 - 37 kDa のプラスチド外膜ポリン (OEP37) ファミリー

ポリンスーパーファミリー IV (Tim17/OEP16/PxMPL (TOP) スーパーファミリー)

このスーパーファミリーには、次のように多成分タンパク質トランスロカーゼの孔を構成するタンパク質が含まれます: 3.A.8 - [Tim17 (P39515) Tim22 (Q12328) Tim23 (P32897)]; 1.B.69 - [PXMP4 (Q9Y6I8) PMP24 (A2R8R0)]; 3.D.9 - [NDH 21.3 kDa 成分 (P25710)]

1.B.30 - プラスチド外膜ポリン 16 kDa (OEP16) ファミリー
1.B.69 - ペルオキシソーム膜ポリン 4 (PxMP4) ファミリー
3.A.8 -ミトコンドリアタンパク質トランスロカーゼ(MPT) ファミリー

ポリンスーパーファミリー V (コリネバクテリア PorA/PorH スーパーファミリー)

1.B.34 - コリネバクテリアのポリン A (PorA) ファミリー 1.B.59 - 外膜ポリン、PorH (PorH) ファミリー

参照

参考文献

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