進化的に保存されたタンパク質内部のすき間の動的役割

蛋白质中进化保守的内部间隙的动态作用

• 批准号: 16770121
• 负责人: 高橋 健一
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Nagahama Institute of Bio-Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16770121/
• 关键词: タンパク質; すき間; 進化的保存性; 分子動力学; リゾチーム; ダイナミクス; 構造機能相関; タンパク質ファミリー; 分子動力学計算

リゾチームファミリーにおいて見いだされた進化的に保存されたタンパク質内部のすき間について、その機能的役割を明らかとすることを目指して、すき間のない変異体を計算機上で設計し、野生型との運動性の違いを分子動力学計算およびノーマルモード解析により解析した。前年度実施の1ナノ秒の分子動力学計算の解析により、野生型と変異体との間で運動性の差が明確でなかったため、10ナノ秒までシミュレーションを続行して後半の5ナノ秒を解析に使用した。結果としては、部位ごとのゆらぎの大きさや部位間のゆらぎの相関について、顕著な違いは見られなかったが、100残基目辺りのループのゆらぎが変異体において2/3程度に減少した。主成分解析による第1〜3振動モードの大きさについても2/3程度に減少した。ドメイン問運動の特徴については大きな差は見られなかった。平行して、分子動力学計算ほど計算時間を要せず、リゾチームのドメイン間相対運動の同定に実績のあるノーマルモード解析を実施した。野生型において、最大振幅のモードがドメイン間の開閉運動に対応し、次に大きい振幅のモードがドメイン間のねじれ運動に対応する。変異体においても同程度の大きさで同様のドメイン間運動が見られ、特にすき間を埋めることで運動性が制限されることはなかった。リゾチームにおいて、側鎖のサイズの大きいアミノ酸に変異させることですき間を埋めうる部位は2カ所しかなく、そのどちらの部位においても、既知の野生型配列では側鎖のサイズの小さいアミノ酸のみで占められていることを本研究の過程で見いだした。進化的にすき間を保持する制約がかかっていることが示唆され、今回注目した運動性とは別の何らかの役割をすき間が担っていると思われる。

为了阐明溶菌酶家族中进化保守的内部间隙的功能作用，我们使用计算机设计了没有间隙的突变体，并证明它们具有比野生型更高的运动性，并使用分子动力学计算分析了差异。和简正模态分析。对前一年进行的1纳秒分子动力学计算分析显示，野生型和突变体之间的运动性没有明显差异，因此模拟持续到10纳秒，并使用后5纳秒进行分析。结果，在每个位点的波动幅度或位点之间的波动之间的相关性方面没有观察到显着差异，但是在突变体中，第100个残基周围的环的波动减少到约2/3。通过主成分分析确定的第一至第三振动模式的幅度也减小至约2/3。领域问题运动的特征没有显着差异。同时，我们进行了正态模式分析，该分析不需要像分子动力学计算那样多的计算时间，并且在识别溶菌酶域之间的相对运动方面具有良好的记录。在野生型中，最高振幅模式对应于域间打开和关闭运动，次最高振幅模式对应于域间扭转运动。在突变体中观察到类似的域间运动，并且它们的运动不受间隙填充的特别限制。在溶菌酶中只有两个位点可以通过突变具有大侧链的氨基酸来填充，并且在已知的野生型序列中这两个位点仅被具有小侧链的氨基酸占据。那这表明存在维持间隙的进化约束，并且间隙似乎除了我们在这里关注的运动性之外还发挥着某种作用。