Interaction between ribosomes and SecYEG/YidC in bacteria

Abstract

Elke levende cel wordt omgegeven door een membraan dat het binnenste van de cel scheidt van de omgeving. In het membraan bevinden zich eiwitten die functies uitvoeren die essentieel zijn voor het overleven van de cel. Een centrale vraag is hoe deze membraaneiwitten in het membraan terechtkomen zonder dat de integriteit van de cel verloren gaat. Belangrijk inzicht hierin is met name verkregen door dit proces te bestuderen in bacteriën, waarin het op een vergelijkbare manier verloopt als in menselijke cellen. Membraaneiwitten worden in de cel gesynthetiseerd door ribosomen en vervolgens naar het in het membraan gelegen Sec-translocon gebracht. Naast het Sec-translocon kan ook het zogenaamde YidC insertase membraaneiwitten inserteren. Uit het proefschrift van Zht Cheng Wu blijkt dat de binding van ribosomen aan het Sec-translocon of het YidC insertase een kritische stap is gedurende de vroege stadia van membraaninsertie. Ribosomen binden alleen specifiek aan het Sec-translocon of YidC wanneer ze geladen zijn met nieuw aangemaakte membraaneiwitten. Sommige bacteriën beschikken over meerdere YidC insertases met verschillende functies. Anders dan voorheen werd gesuggereerd blijken deze YidC insertases op een gelijke manier ribosomen te binden. De functionele verschillen moeten daarom gelegen zijn in substraatspecificiteit en niet in het werkingsmechanisme. Deze nieuwe inzichten zijn van belang voor, bijvoorbeeld, de verdere ontwikkeling van antibiotica gericht tegen het membraaneiwit insertie proces, een activiteit die essentieel is voor de levensvatbaarheid van de cel. Every living cell is surrounded by a membrane that separates the inside of the cell from the environment. Embedded in this membrane are proteins that fulfill functions that are essential for the survival of the cell. A central question is how these membrane proteins are incorporated in the membrane without compromising the integrity of the cell. Insight in this membrane insertion process is largely obtained by studies in bacteria, where it occurs in a similar way as in human cells. Membrane proteins are synthesized at ribosomes inside the cell and subsequently transferred to the membrane embedded Sec-translocon. In addition to the Sec-translocon also the so-called YidC insertase can insert membrane proteins. The thesis of Zht Cheng Wu shows that binding of ribosomes to the Sec-translocon or YidC insertase is a critical step during the early stages of membrane protein insertion. Ribosomes only bind specifically to the Sec-translocon or YidC insertase when they are charged with newly synthesized membrane proteins. Some bacteria have multiple YidC insertases with different functions. In contrast to previous suggestions, these YidC insertases appear to bind ribosomes in a similar fashion. Therefore the functional difference between these YidC insertases must be due to their substrate specificity rather than their mechanism of membrane insertion. These new insights are important for further development of antibiotics against the membrane insertion process, an activity that is essential for the survival of the cell.