マルチパス膜タンパク質のトポロジおよび立体構造の安定性アルファベット

マルチパス膜タンパク質は、膜を横切る臨界シグナル伝達と輸送を実行します。膜貫通ヘリックス（TMH）シーケンスがトポロジーとこれらの機能を調節する立体構造の柔軟性をどのようにエンコードするかは、よく理解されていないままです。ここでは、タンパク質データバンク（PDB）の構造を持つすべての膜タンパク質からの複数の相互作用TMHSでの配列構造関係の包括的な分析について説明します。膜タンパク質は、相互作用するTMHトリマーユニットで分解できることがわかりました。これは、主に6つの異なる構造クラスのトポロジーとコンフォメーションに折りたたまれています。各クラスは、機能的に無関係なタンパク質からの再発シーケンスモチーフで濃縮されており、予期せぬコンセンサスと進化的保存ネットワークの安定化間の間接的な接触ネットワークを明らかにしています。相互作用するTMHのトポロジーと局所タンパク質立体構造の柔軟性は、特定された結合ホットスプットモチーフから盲目的に著しく予測されました。我々の結果は、de novo構造の予測、設計、折りたたみとダイナミクスの研究を導く可能性のあるマルチパス膜タンパク質の複雑な解剖学と可塑性を管理する普遍的な配列構造の原理を明らかにしています。

Multipass membrane proteins perform critical signal transduction and transport across membranes. How transmembrane helix (TMH) sequences encode the topology and conformational flexibility regulating these functions remains poorly understood. Here we describe a comprehensive analysis of the sequence-structure relationships at multiple interacting TMHs from all membrane proteins with structures in the Protein Data Bank (PDB). We found that membrane proteins can be deconstructed in interacting TMH trimer units, which mostly fold into six distinct structural classes of topologies and conformations. Each class is enriched in recurrent sequence motifs from functionally unrelated proteins, revealing unforeseen consensus and evolutionary conserved networks of stabilizing interhelical contacts. Interacting TMHs' topology and local protein conformational flexibility were remarkably well predicted in a blinded fashion from the identified binding-hotspot motifs. Our results reveal universal sequence-structure principles governing the complex anatomy and plasticity of multipass membrane proteins that may guide de novo structure prediction, design, and studies of folding and dynamics.