TRAP介导的人类Sec61通道的构象变化

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes》：TRAP mediated conformational changes of the human Sec61 channel

Sec61通道蛋白与TRAP复合物的分子互作机制研究：通过原子级分子动力学模拟发现，TRAP结合使Sec61的孔隙环和插塞结构保持开放状态，减少膜脂堆积，增强弱信号肽蛋白的跨膜转运能力，揭示了TRAP通过稳定Sec61构象促进蛋白分泌的分子机制。

　　Sec61，一种关键的跨膜孔道蛋白，广泛存在于真核生物中，其功能涉及将分泌前体蛋白转运至内质网（ER）腔内，以及将跨膜蛋白插入细胞膜或细胞器膜中。在原核生物中，其对应结构被称为SecYEG。这种蛋白在细胞内蛋白质合成过程中扮演着至关重要的角色，特别是对于那些信号肽较弱的前体蛋白而言，它们的转运往往需要辅助因子TRAP的参与。TRAP是一种与Sec61相互作用的膜相关蛋白，其与Sec61的接触点虽非连续的广泛界面，但具有特定的结构和功能意义。通过结合结构生物学和分子动力学模拟，研究人员进一步揭示了TRAP在Sec61孔道结构变化中的具体作用机制。

在当前研究中，利用原子尺度分子动力学（MD）模拟，揭示了TRAP如何通过维持Sec61部分开放状态，从而促进前体蛋白的转运。TRAP的存在不仅有助于Sec61侧门的开放，还使Sec61的环形孔道保持松散的构型，促使插件螺旋（plug helix）向开放状态转变。这些发现为理解TRAP如何支持信号肽较弱的前体蛋白的转运提供了重要的结构依据。此外，研究还表明TRAP的结合可能影响Sec61与膜脂质之间的相互作用，进而影响孔道的构象动态。

Sec61的结构由三个亚基组成，其中Sec61α是核心的、必不可少的亚基，负责构成通道。Sec61α由十个跨膜螺旋（TMs）组成，分为N端（TM1-5）和C端（TM6-10）两个部分，围绕着一个中心孔道。在Sec61α的N端，存在一个由六个疏水残基组成的“孔环”结构，这些残基主要来自TM2、TM5、TM7和TM10。孔环被一个较短的“插件”螺旋所填充，该螺旋位于膜的中层。前体蛋白可以通过Sec61的孔道向ER腔内转运，或通过侧门插入膜中。侧门由TM2和TM7组成，其结构的动态变化对于蛋白质的转运至关重要。

研究中还分析了Sec61α的构象稳定性以及其与TRAP之间的相互作用。通过计算根均方偏差（RMSD）和半径（Rg）等参数，发现TRAP的存在显著降低了Sec61α的构象变化幅度，使其保持在初始的开放构型附近。此外，TRAP与Sec61α之间的多个相互作用位点，如TM2与TM7之间的距离、TM5与TM10之间的距离等，均显示出TRAP对Sec61结构的稳定作用。这些相互作用位点包括TRAPγ与Sec61γ的C端残基之间的接触，TRAPα与Sec61α的铰链区域之间的相互作用，以及TRAPα的腔内结构与Sec61α的β发夹结构之间的接触。这些相互作用可能有助于Sec61侧门的开放，从而促进前体蛋白的转运。

研究进一步探讨了TRAP对Sec61α构象动态的影响。通过分析不同相互作用位点的距离变化，发现TRAP的存在使Sec61α的侧门区域保持较为开放的构型，而没有TRAP的情况下，侧门更倾向于关闭。这表明TRAP可能通过调节Sec61的构象动态，使其更适合运输信号肽较弱的前体蛋白。此外，TRAP还可能通过影响膜脂质的排列，间接调控Sec61的构象变化。研究中使用的POPC（1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱）作为均质脂质模型，模拟了TRAP与Sec61之间的相互作用。

在没有TRAP的情况下，Sec61α的构象变化较为明显，特别是侧门区域和插件螺旋的移动。而TRAP的结合则显著减少了这些变化，使Sec61α保持在较为稳定的状态。这种稳定性可能有助于前体蛋白的顺利转运，尤其是在信号肽较弱的情况下。研究还发现，Sec61α的β发夹结构与TRAP的腔内结构之间存在密切的相互作用，这些相互作用可能对Sec61的开放和关闭具有调节作用。

研究还涉及Sec61α与TRAP之间的具体相互作用位点。例如，TRAPα的腔内结构与Sec61α的β发夹结构之间的接触，可能有助于维持侧门的开放状态。此外，TRAPγ与Sec61γ的C端残基之间的相互作用，可能通过稳定Sec61α的构象，间接支持侧门的开放。这些相互作用可能通过调节Sec61的构象动态，使其在没有信号肽的情况下仍能维持开放状态，从而为后续的信号肽识别和插入提供条件。

研究中还分析了Sec61α的构象变化如何影响插件螺旋的位置。在TRAP结合的情况下，插件螺旋倾向于保持在较为开放的构型，而没有TRAP的情况下，插件螺旋可能更倾向于移动，导致侧门的关闭。这种变化可能与Sec61α的构象动态密切相关，特别是侧门区域的移动。此外，TRAP可能通过调节Sec61α与膜脂质之间的相互作用，间接影响插件螺旋的位置和构型。

研究还涉及Sec61α与TRAP之间的相互作用如何影响整个通道的稳定性。通过计算不同相互作用位点的距离变化，发现TRAP的结合显著降低了Sec61α的构象变化幅度，使其保持在较为稳定的状态。这可能与TRAP对Sec61α的结构支持有关，尤其是在侧门和孔环区域。此外，TRAP可能通过维持Sec61α的开放构型，间接支持前体蛋白的转运过程。

在TRAP结合的情况下，Sec61α的侧门区域保持开放，而没有TRAP的情况下，侧门更倾向于关闭。这种变化可能与TRAP对Sec61α的稳定作用有关。此外，TRAP可能通过调节Sec61α与膜脂质之间的相互作用，间接影响侧门的动态变化。研究还发现，TRAP的结合可能影响Sec61α与周围蛋白的相互作用，从而改变其构象动态。

研究还涉及Sec61α与TRAP之间的相互作用如何影响插件螺旋的动态变化。通过计算插件螺旋与Sec61α其他部分的距离变化，发现TRAP的结合显著降低了插件螺旋的移动幅度，使其保持在较为稳定的位置。这可能有助于维持Sec61的开放构型，从而支持前体蛋白的转运。此外，TRAP可能通过调节Sec61α与周围蛋白的相互作用，间接影响插件螺旋的动态变化。

研究中还分析了Sec61α的构象变化如何影响其与TRAP的相互作用。通过计算不同相互作用位点的距离变化，发现TRAP的结合显著降低了Sec61α的构象变化幅度，使其保持在较为稳定的状态。这可能与TRAP对Sec61α的结构支持有关，尤其是在侧门和孔环区域。此外，TRAP可能通过维持Sec61α的开放构型，间接支持前体蛋白的转运过程。

研究还涉及Sec61α与TRAP之间的相互作用如何影响整个通道的稳定性。通过计算不同相互作用位点的距离变化，发现TRAP的结合显著降低了Sec61α的构象变化幅度，使其保持在较为稳定的状态。这可能与TRAP对Sec61α的结构支持有关，尤其是在侧门和孔环区域。此外，TRAP可能通过维持Sec61α的开放构型，间接支持前体蛋白的转运过程。

综上所述，TRAP通过维持Sec61的开放构型，支持信号肽较弱的前体蛋白的转运。这种作用机制可能涉及TRAP与Sec61之间的多个相互作用位点，包括侧门区域、孔环区域和插件螺旋的动态变化。研究还发现，TRAP的结合可能影响Sec61与膜脂质之间的相互作用，从而改变其构象动态。这些发现为进一步理解TRAP在蛋白质转运中的作用提供了重要的结构和功能依据。