The effect of point mutations on the interactions of the Gαi1 subunit with cell membranes

Podjednostka Gα jest kluczowym elementem heterotrimerycznych białek G, które odgrywają fundamentalną rolę w przekazywaniu sygnałów wewnątrzkomórkowych, kontrolując wiele procesów fizjologicznych. W niniejszej pracy skupiono się na znaczeniu interakcji podjednostki Gαi1 z lipidami błony komórkowej oraz ich potencjalnym wpływie na lokalizację białka w komórce. Dotychczas uznawano, że za oddziaływanie z lipidami odpowiadają głównie dodatnio naładowane reszty regionu polizasadowego na N-końcu, które w wyniku kotwiczenia oraz innych mechanizmów pozostają w bezpośrednim kontakcie z błoną. Przedstawione w tej pracy wyniki ujawniają, że interakcje te obejmują także resztę lizyny 132, zlokalizowaną w części środkowej domeny GTPazowej, która okazuje się mieć największe znaczenie spośród analizowanych reszt. W mniejszym stopniu z lipidami mogą oddziaływać również trzy reszty na C-końcu białka (K209A, K257A, R313A). Potwierdza to, że właśnie podjednostki Gα w dużym stopniu są odpowiedzialne za selektywność przekazywania sygnału od receptorów sprzężonych z białkami G. Ponadto, wyniki wskazują, że mutacje w regionie polizasadowym, które zakłócają interakcje białka z lipidami, mają bezpośredni wpływ na stabilność jego mirystylacji. Mutacje te mogą prowadzić do obniżenia aktywności podjednostki Gα, a tym samym zaburzać zdolność do efektywnego przekazywania sygnałów. Zrozumienie tych mechanizmów ma istotne znaczenie dla lepszego zrozumienia roli podjednostki Gα w ukierunkowaniu i aktywacji heterotrimerycznych białek G w odpowiedzi na sygnały zewnątrzkomórkowe.

The Gα subunit is a key component of heterotrimeric G proteins, which play a fundamental role in intracellular signal transduction, regulating numerous physiological processes. This study focuses on the importance of interactions between the Gαi1 subunit and membrane lipids, as well as their potential impact on the spatial distribution of the protein within the cell. Until now, it has been assumed that lipid binding is primarily mediated by the positively charged residues within the polybasic region at the N-terminus, which remain in close contact with the membrane due to anchoring and other mechanisms. However, the results presented in this work reveal that these interactions also involve lysine 132, located in the central part of the GTPase domain, which appears to have the greatest impact among all residues tested. To a lesser extent, three C-terminal residues (K209A, K257A, R313A) also contribute to lipid binding.These findings confirm that Gα subunits are largely responsible for the selective transmission of signals from G protein-coupled receptors. Furthermore, the results indicate that mutations in the N-terminal polybasic region, which disrupt protein–lipid interactions, directly affect the stability of protein myristylation. Such mutations can lead to reduced activation capacity of the Gα subunit and consequently impair its ability to efficiently transduce signals. Understanding these mechanisms is crucial for further exploration of the role of the Gα subunit in the targeting and activation of heterotrimeric G proteins in response to extracellular signals.