Membrane Bending Protein
개요
Membrane-bending protein은 membrane에 curvature를 유도하여 vesicle formation을 돕는다. 특히 plasma membrane처럼 flat하고 stiff한 membrane에서는 clathrin coat assembly만으로는 충분한 force를 생성하지 못하므로, 추가적인 membrane-bending과 force-generating protein이 필요하다.
Plasma Membrane의 특수성
Plasma membrane은 다른 membrane에 비해 vesicle budding이 어렵다:
구조적 특징
- Comparatively flat and stiff
- Cholesterol-rich lipid composition
- Underlying actin-rich cortex
결과
- Clathrin coat assembly 단독으로는 불충분
- 추가 membrane-bending과 force-generating protein 필요
- Vesicle formation의 every stage에 참여
BAR Domain Protein
BAR domain은 대표적인 membrane-bending module이다:
구조
- Coiled coil로 구성
- Dimerize하여 crescent-shaped module 형성
- Positively charged inner surface
- Negatively charged lipid head group과 상호작용
- Membrane을 구부림
Membrane Bending Mechanism
- Scaffolding: BAR domain의 curved shape이 membrane에 imposed
- Electrostatic interaction: Positively charged surface가 negatively charged lipid와 결합
- Positive feedback:
- Curved membrane이 추가 BAR-domain protein binding 촉진
- Curvature propagation 증폭
추가 기능
일부 BAR-domain protein은 추가 feature 보유:
- Amphiphilic helix: Cytoplasmic leaflet에 wedge로 insert되어 further membrane deformation
- PIP-binding domain: Membrane의 cognate phosphoinositide에 binding하여 특정 membrane으로 targeting
Vesicle Budding 과정에서의 역할
AP2와의 협력
BAR-domain protein이 curved membrane 생성:
- Membrane에 initial curvature 생성
- AP2 adaptor protein의 nucleation 촉진
- Clathrin-coated bud 형성 도움
Vesicle Neck에서의 기능
Budding vesicle neck에서 중요한 역할:
- Sharp membrane bend 안정화
- Clathrin machinery와 함께 local actin assembly 자극
- Growing actin filament이 vesicle 주변 membrane을 push
- Vesicle이 membrane으로부터 propel되는 것 도움
Actin Polymerization과의 연결
BAR-domain protein은 actin cytoskeleton과도 상호작용:
Mechanism
- BAR-domain protein과 clathrin machinery가 함께 작용
- Local actin filament assembly 자극
- Growing filament이 budding vesicle 주변 membrane을 push
- Vesicle이 membrane으로부터 propelled됨
Energy Source
- Actin polymerization이 additional force 제공
- Vesicle budding 과정 가속
BAR Domain의 다양성
BAR-domain protein은 다양하며 cell의 많은 membrane-bending process 가능하게 함:
종류
- N-BAR: N-terminal amphiphilic helix 포함
- F-BAR: 다른 curvature preference
- I-BAR: Inverse BAR, opposite curvature 유도
적용 범위
- Vesicle budding
- Membrane tubulation
- Endocytosis
- Membrane fusion
- Organelle morphology maintenance
Other Membrane-bending Mechanism
BAR domain 외에도 다른 mechanism 존재:
Amphipathic Helix Insertion
- Protein의 partially hydrophobic region
- Cytoplasmic leaflet에 wedge로 insert
- Local membrane asymmetry 생성하여 bending 유도
Protein Scaffold
- Multiple protein이 organized complex 형성
- Specific geometry로 membrane shape 제한