溶液X線散乱プロフィルの計算による複合体型蛋白質の溶液構造の解析

通过计算溶液 X 射线散射剖面分析复杂蛋白质的溶液结构

基本信息

批准号：
11169216
负责人：
曽田邦嗣
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11169216/
关键词：
複合体型蛋白質シャペロニン GroEL 大局構造溶液X線散乱平均2乗半径

项目摘要

本年度の目標は,複合体型蛋白質であるシャペロニンGroELについて,分光学的測定からは取得困難な大局構造情報,特に溶液中と結晶中で構造がどのように異なるか,溶液条件によってその構造はどのように変化するかなどを調べるために必要な解析法の開発である。具体的には,ギニエ解析法の拡張を含む溶液X線散乱プロフィルの高速計算法と,分子モデリング法による非天然構造解析法を組み合わせた解析法を開発した。複合体型蛋白質の天然構造や,小さな蛋白質でも解鎖状態の構造は,40Å以上の平均2乗半径Rsqを持つために,小角領域のX線散乱プロフィルを高精度で測定することが困難な場合が多い。この点を補完するために,従来のギニエ解析法を拡張すると共に,分子モデリング法を組み合わせる解析法を考案した。拡張ギニエ解析法を天然状態のGroELに適用することにより,これまでは困難であったGroElのRsq値を精度良く推定できることが確かめられた。GroElの結晶構造解析では,原子座標を決定できない部分鎖があることが知られているが,この部分に解鎖構造を仮定して生成させた構造モデルについて得た予測プロフィルでは,高角部で実測プロフィルとの一致が改善されることが見出された。解鎖状態は天然状態より大きなRsq値を持つが,これに分子モデリング法を併用することにより,その予測精度が大きく向上されることが確認された。更に以上の手法を用いて,柊等によるGroELの塩酸グアニジン(GdHCl)変性の実測プロフィルを解析した結果,ヌクレオチドの添加によってGroEl分子の安定性が低下すること,また高濃度のGdHCl存在下での変性状態は,完全解鎖状態で良く近似できることを見出した。以上の結果は,我々が開発してきた手法が,巨大蛋白質の溶液構造を研究する上で,極めて有効であることを実証するものと考えられる。

今年的目标是获得复杂蛋白质伴侣蛋白 GroEL 的整体结构信息，这是通过光谱测量很难获得的。特别是，溶液和晶体之间的结构有何不同，以及结构如何根据溶液条件而变化。开发必要的分析方法来调查是否具体来说，我们开发了一种分析方法，该方法结合了溶液X射线散射轮廓的高速计算方法（包括吉尼尔分析方法的扩展）和使用分子建模的非自然结构分析方法。由于复杂蛋白质的天然结构和甚至小蛋白质的无链结构的均方半径 Rsq 为 40 Å 或更大，因此通常很难高精度测量小角度区域的 X 射线散射剖面。为了补充这一点，我们扩展了传统的吉尼尔分析方法，设计了一种结合分子建模方法的分析方法。通过将扩展吉尼尔分析方法应用于自然状态下的GroEL，证实了可以高精度地估计GroEl的Rsq值，这在以前是很困难的。在GroEl的晶体结构分析中，已知存在无法确定原子坐标的子链，但是假设该部分中的非链结构生成的结构模型所获得的预测轮廓与高角度下的实际测量轮廓不匹配。发现协议得到了改进。尽管非链态比自然态具有更大的Rsq值，但已证实将其与分子建模方法相结合可以大大提高预测精度。此外，Hiiragi等人利用上述方法分析了用盐酸胍(GdHCl)测得的GroEL变性曲线，发现GroEL分子的稳定性随着核苷酸的添加而降低，并且发现变性状态可以可以很好地近似于完全不受束缚的状态。上述结果被认为证明我们开发的方法在研究大蛋白质的溶液结构方面极其有效。