ミトコンドリア膜 - タンパク質シャペロンにおけるクライアント特異性の構造的基礎

シャペロンは、タンパク質の折りたたみを支援し、細胞内の機能的な位置に溶けやすいタンパク質が不十分に移動するために不可欠です。疎水性相互作用は、乱交のシャペロンクライアント結合を促進しますが、追加の相互作用がどのようにクライアントの特異性を可能にするかを理解することはまばらです。ここでは、2つのシャペロン（TIM8・13およびTIM9・10）のさまざまな積分膜タンパク質、すべてのトランスマンブレンミトコンドリアキャリアGGC1およびTIM23への結合を決定するものを解読します。NMR、SAX、および分子動力学シミュレーションを組み合わせて、TIM23/TIM8・13およびTIM23/TIM9・10複合体の構造を決定します。TIM8・13は、一時的な塩橋を使用してクライアントの親水性部分と相互作用しますが、膜貫通部分との相互作用はTIM9・10よりも弱いです。その結果、TIM9・10は疎水性クライアントに拘束されたTIM8・13を13にし、TIM8・13は、親水性および疎水性の両方の部分を持つ少数のクライアントに調整されます。私たちの研究は、シャペロンが乱交と特異性のバランスをどのように微調整するかを例示しています。

Chaperones are essential for assisting protein folding and for transferring poorly soluble proteins to their functional locations within cells. Hydrophobic interactions drive promiscuous chaperone-client binding, but our understanding of how additional interactions enable client specificity is sparse. Here, we decipher what determines binding of two chaperones (TIM8·13 and TIM9·10) to different integral membrane proteins, the all-transmembrane mitochondrial carrier Ggc1 and Tim23, which has an additional disordered hydrophilic domain. Combining NMR, SAXS, and molecular dynamics simulations, we determine the structures of Tim23/TIM8·13 and Tim23/TIM9·10 complexes. TIM8·13 uses transient salt bridges to interact with the hydrophilic part of its client, but its interactions to the transmembrane part are weaker than in TIM9·10. Consequently, TIM9·10 outcompetes TIM8·13 in binding hydrophobic clients, while TIM8·13 is tuned to few clients with both hydrophilic and hydrophobic parts. Our study exemplifies how chaperones fine-tune the balance of promiscuity versus specificity.