X線構造解析の手法を用いた脳特異的カルシウム受容タンパク質S100の構造機能相関

利用X射线结构分析方法研究脑特异性钙受体蛋白S100的结构-功能关系

基本信息

批准号：
09249212
负责人：
井上豪
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

S100タンパク質は、細胞周期や細胞の種類に特異的なカルシウム信号のメディエーターの1つと考えられているが、生化学的な機能としては、カルシウム依存的に微小管の解離や集合阻害を助長したり、微小管結合性蛋白質であるタウ蛋白質のリン酸化をカルシウム依存的に阻害したり、キナーゼCの主な基質である87kDaの蛋白質のリン酸化も特異的に阻害するなどが報告されている。これら機能を研究する上で3次元立体構造を明らかとすることは必須の課題である。そこで本研究では、S100蛋白質のCa2+存在下および非存在下での結晶学的研究に取り組み、Ca^<2+>結合型S100b蛋白質の2.0Å分解能のX線構造解析を行った。最終の信頼度因子(R値)が2.0Å分解能で19.4%となり、米国ブルックヘブン研究所のProtein Data Bankに登録を行った(PDB-code:1MHO)。S100β-鎖の分子構造は4本のα-ヘリックスとそれをつなぐ2つのループから構成され、Ca^<2+>は、Helix1と2および3と4をつなぐループ部分に結合していた。いずれも6配位構造であったが、それぞれ14残基および12残基のアミノ酸で構成されるnon-canonical,canonicalなCa^<2+>結合部位を形成し、結合定数が違うという生化学的情報との一致が得られた。アポ構造との比較から、Ca^<2+>の結合に伴う分子構造の変化をα-ヘリックス間の角度の変化として評価したところ、特にヘリックスIIIが大きく変化しており、ヘリックスIとIIIの間の角度は-63°から-127°、ヘリックスIIとIIIの間の角度は140°から97°、ヘリックスIIIとIVの角度は163°から101°にそれぞれ変化した。また、S100bの2つのβ-サブユニットは主に疎水相互作用によってダイマー形成をしているが、その疎水面はCa^<2+>の結合によって極めて大きく広がることが明らかとなった。標的蛋白質である微小管結合蛋白質タウとの相互作用にはジスルフィド結合が関与するという報告があるが、S100bダイマーの疎水面中に埋もれたCys84がジスルフィド結合の形成に参加することが明らかとなり、構造と機能との相関関係について知見が得られた(Matsumura,H.et al.,Structure,1998 in press)。

S100蛋白被认为是细胞周期和细胞类型特异的钙信号介质之一，但其生化功能包括以钙依赖性方式促进微管解离和抑制微管组装。以钙依赖性方式磷酸化微管结合蛋白 tau 蛋白，还特异性抑制 87kDa 蛋白（激酶 C 的主要底物）的磷酸化。在研究这些函数时，必须弄清楚三维结构。因此，在本研究中，我们在存在和不存在Ca2+的情况下对S100蛋白进行了晶体学研究，并对Ca^2+结合的S100b蛋白进行了2.0 Å分辨率的X射线结构分析。最终的可靠性因子（R值）在2.0 Å分辨率下为19.4%，并在美国布鲁克海文研究所蛋白质数据库中注册（PDB代码：1MHO）。 S100 β链的分子结构由四个α螺旋和两个连接它们的环组成，Ca^2+结合到连接螺旋1和2以及3和4的环上。虽然两者都具有六配位结构，但它们分别形成由14个和12个氨基酸残基组成的非规范和规范Ca^2+结合位点，并且结合常数不同，与相关信息得到匹配。。通过与apo结构的比较，我们将Ca^2+结合引起的分子结构变化评估为α-螺旋之间角度的变化，发现螺旋III尤其显着变化，螺旋I和III它们之间的角度从-63°变化到-127°，螺旋II和III之间的角度从140°变化到97°，螺旋III和IV之间的角度分别从163°变化到101°。此外，还揭示了S100b的两个β-亚基主要通过疏水相互作用形成二聚体，但两个亚基的疏水表面通过Ca^2+的结合而大大扩展。有报道称二硫键参与与靶蛋白微管相关蛋白tau的相互作用，但已揭示埋藏在S100b二聚体疏水面的Cys84参与二硫键的形成，并且该结构获得了关于其与功能之间相关性的研究结果（Matsumura, H. 等人，Structure，1998 年出版）。