Effects of membrane lipids on phospholamban pentameric channel structure and ion transportation mechanisms

五聚体 化学 磷化氢 脂质双层 生物物理学 膜蛋白 电导 离子通道 跨膜蛋白 蛋白质结构 跨膜结构域 生物化学 内质网 生物 受体 数学 组合数学
作者
Yipeng Cao,Rui Yang,Wei Wang,Shengpeng Jiang,Chengwen Yang,Qingxin Wang,Ningbo Liu,Yi Xue,Imshik Lee,Xiangyi Meng,Zhiyong Yuan
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:224: 766-775 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.10.164
摘要

Protein-lipid interactions are an essential element of the function of many membrane ion-channel proteins. These potential interactions should be considered alongside the diversity and complexity of membrane lipid composition. Phospholamban (PLN) is an inhibitor of sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA). PLN is a 52-residue transmembrane protein encoded by lncRNA, and PLN monomers form stable pentamers of biological function in a lipid bilayer membrane. Some earlier studies suggest that it can form a cationic selective channel, while others suggest that it can only store ions. Here, we report the distribution of different lipids in the membrane and the structural dynamics and conductance properties of PLN pentamers after coarse-grained (CG) and all-atom (AA) molecular dynamics simulations of different systems. The results show that cholesterol is highly enriched around the protein and stabilizes the structure of the PLN pentamer. The absence of cholesterol increases the flexibility of the protein backbone. The conductance properties of monovalent ions and water suggest that they cannot spontaneously permeate through the PLN pentamer channel pore. However, the energy barrier to overcome is much lower in the absence of cholesterol, underlining the need to fully consider multiple lipid species when investigating small transmembrane protein oligomer ion-channel structure and conductance.

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