BAXの活性化は、ミトコンドリア外膜のBAXポア形成を促進する多量体触媒のアセンブリを開始します

Bax/Bakを介したミトコンドリア外膜透過化（MOMP）は、「固有の」アポトーシス細胞死に不可欠です。公開された研究では、合成リポソームを使用してBaxの固有の細孔形成活性を明らかにしましたが、他のミトコンドリア外膜（MOM）タンパク質がこの機能をどのように促進するかは不明です。孤立したママにおけるBaxを介した細孔形成の速度論を慎重に分析しましたが、いくつかの予想外の結果が得られました。ネイティブママは、BAXを追加するためにリポソームよりも敏感であり、ママはリポソームでは観察されない遅れ相を示しました。この強化された応答には、熱緩和MOMタンパク質が必要でした。2層の数学モデルは速度論的データに密接に適合します。まず、Baxの活性化は、2番目の反応、Bax依存性細孔形成を触媒する多量体複合体のアセンブリを促進します。BAX挿入は、LAGフェーズの終了前に、BAXの添加後すぐに発生しました。透過速度論は、[CBID]および[BAX]によって相互に影響を受け、CBID誘発性直接BAX活性化の「ヒットアンドラン」仮説を確認しました。驚くべきことに、MOMPレートの定数は[Bax]に直線的に関連しており、Baxが非協力的に作用することを意味します。したがって、オリゴマー触媒はBaxとは異なります。さらに、一般的な仮定とは反対に、細孔形成速度はオリゴマーではなく、Baxモノマーに依存します。触媒形成は、約28°Cでの活性化エネルギーの急激な遷移を示し、膜脂質詰めの役割を示唆しています。さらに、触媒形成は、酵母ミトコンドリア核分裂タンパク質DNM1の化学拮抗薬によって強く阻害されました。しかし、哺乳類のオーソログであるDRP1は、ミトコンドリア外膜では検出できませんでした。さらに、ATPとGTPはMOMPに対して不可欠でした。したがって、データは、BaxやDRP1とは異なる触媒タンパク質のオリゴマー化が、おそらく膜を除去するイベントを介してMOMPを促進すると主張しています。

Bax/Bak-mediated mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP) is essential for "intrinsic" apoptotic cell death. Published studies used synthetic liposomes to reveal an intrinsic pore-forming activity of Bax, but it is unclear how other mitochondrial outer membrane (MOM) proteins might facilitate this function. We carefully analyzed the kinetics of Bax-mediated pore formation in isolated MOMs, with some unexpected results. Native MOMs were more sensitive than liposomes to added Bax, and MOMs displayed a lag phase not observed with liposomes. Heat-labile MOM proteins were required for this enhanced response. A two-tiered mathematical model closely fit the kinetic data: first, Bax activation promotes the assembly of a multimeric complex, which then catalyzes the second reaction, Bax-dependent pore formation. Bax insertion occurred immediately upon Bax addition, prior to the end of the lag phase. Permeabilization kinetics were affected in a reciprocal manner by [cBid] and [Bax], confirming the "hit-and-run" hypothesis of cBid-induced direct Bax activation. Surprisingly, MOMP rate constants were linearly related to [Bax], implying that Bax acts non-cooperatively. Thus, the oligomeric catalyst is distinct from Bax. Moreover, contrary to common assumption, pore formation kinetics depend on Bax monomers, not oligomers. Catalyst formation exhibited a sharp transition in activation energy at ∼28°C, suggesting a role for membrane lipid packing. Furthermore, catalyst formation was strongly inhibited by chemical antagonists of the yeast mitochondrial fission protein, Dnm1. However, the mammalian ortholog, Drp1, was undetectable in mitochondrial outer membranes. Moreover, ATP and GTP were dispensable for MOMP. Thus, the data argue that oligomerization of a catalyst protein, distinct from Bax and Drp1, facilitates MOMP, possibly through a membrane-remodeling event.