大肠杆菌心磷脂合酶A的跨膜翻转机制及其在细胞膜拓扑结构调控中的作用

《Communications Biology》：Flippability of Escherichia coli membrane proteins under lipid stress reveals a new job for old genes

　　

摘要

通常情况下，"翻转"运动仅保留给小型脂类分子，它们从膜的一个小叶层移动到另一个小叶层，而且即使没有特定酶的辅助，该过程也极为缓慢。出人意料的是，我们最近发现，尽管存在令人望而生畏的高能垒，大肠杆菌心磷脂（CL）合酶A（ClsA）在细胞完全或部分耗竭磷脂酰乙醇胺（PE）时，会将其庞大的催化结构域翻越内膜（IM）从胞质侧移向另一侧，且这一过程对于维持细胞存活至关重要。在此，我们证明，在PE耗竭的细胞中产生非天然磷脂磷脂酰胆碱（PC）可阻止ClsA翻转，并停止细胞生长，而该表型可被组成型反向定位的ClsA所挽救。令人惊讶的是，正确定向的乳糖通透酶（LacY）作为多拷贝抑制子，可挽救-PE+PC细胞中的生长缺陷。这些数据表明，中性的PC调控ClsA和LacY的膜拓扑结构，进而影响CL出现在周质侧小叶层的呈现，而后者对于细胞存活是必需的。因此，ClsA以及潜在的LacY可能通过一种不寻常的翻转机制，从相同的氨基酸序列中实现多种功能。这种对遗传物质的富有成效的"重新利用"凸显了生物体及其膜结构惊人的适应能力。