Influence of lipids on protein-mediated transmembrane transport

Abstract

Transmembrane proteins are responsible for transporting ions and small molecules across the hydrophobic region of the cell membrane. We are reviewing the evidence for regulation of these transport processes by interactions with the lipids of the membrane. We focus on ion channels, including potassium channels, mechanosensitive and pentameric ligand gated ion channels, and active transporters, including pumps, sodium or proton driven secondary transporters and ABC transporters. For ion channels it has been convincingly shown that specific lipid-protein interactions can directly affect their function. In some cases, a combined approach of molecular and structural biology together with computer simulations has revealed the molecular mechanisms. There are also many transporters whose activity depends on lipids but understanding of the molecular mechanisms is only beginning.

Lipid Regulation of the ABCB1 and ABCG2 Multidrug Transporters

“…It is important to note that ABCB1 is in a mutual relationship with its membrane environment, that is, not only the membrane lipids alter the function of ABCB1 but this protein may actively modify its lipid environment (for reviews, see Denning & Beckstein, 2013;Orlowski et al, 2006;Peetla, Vijayaraghavalu, & Labhasetwar, 2013;Pohl, Devaux, & Herrmann, 2005;Sharom, 2014). ABCG2 is less characterized in this respect, but lipid interactions certainly affect its function.…”

Mg(2+),ATP-dependent plasma membrane calcium pump of smooth muscle cells. ІІ. Regulation of activity

“…Важливо, що концентрація ліпідів in vivo у мембрані достатня для напівмаксимальної активації помпи. До того ж кислі фосфоліпіди є більш ефективними активаторами помпи, ніж кальмодулін [8], що сформувало припущення, за яким кальмодулін та кислі фосфоліпіди ак-тивують Са 2+ -АТРазу за різними механізмами із залученням відмінних зв'язуючих сайтів [64,65]. Робота з протеолітичними фрагмен-тами Са 2+ -помпи ПМ та із синтетичними пептидами дозволила відкрити два окремих фосфоліпідзв'язувальних домени у помпі: один є кальмодулінзв'язуючим доменом, а інший -розташований у цитозольній петлі між 2 та 3 трансмембранним доменом та містить 40 основ-них амінокислот [35,48,66].…”

“…Робота з протеолітичними фрагмен-тами Са 2+ -помпи ПМ та із синтетичними пептидами дозволила відкрити два окремих фосфоліпідзв'язувальних домени у помпі: один є кальмодулінзв'язуючим доменом, а інший -розташований у цитозольній петлі між 2 та 3 трансмембранним доменом та містить 40 основ-них амінокислот [35,48,66]. Істотна стимуляція активності Са 2+ -помпи ПМ фосфоліпідами відбувається завдяки зміні конформації кальмодулінзв'язувального домену [35,64], що ймовірно підвищує доступність кальмодуліну для зв'язування з послідовністю Са 2+ -помпи ПМ. Також у АТРаз Р-типу відбуваються значні конформаційні зміни під час переходу від Е 1 до Е 2 стану, і ліпідне оточення може впливати на транспорт Са 2+ завдяки впливу на конформаційні перебудови [64].…”

“…Істотна стимуляція активності Са 2+ -помпи ПМ фосфоліпідами відбувається завдяки зміні конформації кальмодулінзв'язувального домену [35,64], що ймовірно підвищує доступність кальмодуліну для зв'язування з послідовністю Са 2+ -помпи ПМ. Також у АТРаз Р-типу відбуваються значні конформаційні зміни під час переходу від Е 1 до Е 2 стану, і ліпідне оточення може впливати на транспорт Са 2+ завдяки впливу на конформаційні перебудови [64].…”

Comparison of the effects of resistance modifiers on prostate cancer, mouse lymphoma and colon cancer cells

“…During evolution, transport pathways emerged that allow molecules such as nutrients and metabolites to pass through the cell membranes. Consequently, the transport of small molecules is mediated by the transmembrane proteins [39,40].…”