Impact of membrane properties on clustering of transmembrane peptides

Abstract

Odpověď na chybně sbalené proteiny (dále jen UPR, z angl. "unfolded protein response") je komplexní buněčný mechanizmus vyvolaný v reakci na stres endoplasmatického retikula (dále jen ER), který může být způsoben různými faktory. Proteinové přenašeče signálu UPR, které jsou zakotveny do membrány ER pomocí jednoho α-helixu, mohou rozpoznat také stres ER indukovaný lipidy. Studie těchto přenašečů signálu UPR, zejména PERK a IRE1, poukazují na schopnost přenašečů rozlišovat změny ve vlastnostech membrány ER tvorbou agregátů a tím se aktivovat. Schopnost proteinu IRE1 rozeznat změnu v membránových vlastnostech včetně jeho následné aktivace byla zachována i v mutantu, kde nativní transmembránová doména byla zaměněna za polyLeu α-helix. Mechanizmus aktivace proteinu IRE1 během lipidy indukované UPR ale nebyl objasněn. Ke studiu chování proteinů v membránách jsme použili modelové lipidové membrány ve formě vezikul (liposomy), ve kterých lze jednoduše měnit membránové vlastnosti změnou lipidového složení. Jako zjednodušený model přenašeče signálu UPR v ER byl použit syntetický transmembránový peptid s polyLeu jádrem. Pro kvalitativní a semi- kvantitativní analýzu liposomů byla použita metoda dynamického rozptylu světla (DLS, z angl. "dynamic light scattering"). Tvorba agregátů syntetických peptidů v...

Unfolded protein response (UPR) is a complex cellular mechanism induced upon ER stress caused by various environmental factors. Single spanning signal transducers of UPR were reported to recognise also lipid-induced ER stress. Studies of these transducers, namely PERK and IRE1 uncovered that they can sense change in membrane properties and activate themselves by clustering. Moreover, signal transducer IRE1 retained ability to sense changes in the membrane properties with TMD exchanged for a polyLeu α-helix. It was thus unclear what mechanism drives lipid-induced UPR via IRE1. We employed model membrane system in form of LUVs, where properties of membranes can be readily altered by specific lipid composition. As a simplified model of the UPR signal transducers in the ER, synthetic transmembrane peptides with polyLeu core were used. Dynamic light scattering (DLS) has been used for qualitative and semi-quantitative analysis of LUVs. Clustering of synthetic peptides was determined by time resolved anisotropy of fluorescence. DLS results demonstrate successful formation of vesicles with a desired size in all planned composition. On the contrary to the studies in living cells, the presence of cholesterol or palmitic acid in model membranes did not induce the aggregation of transmembrane peptides....