アスパラギン残基の脱アミド化機構と脱アミド化によるタンパク質構造の変化の解析

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アスパラギン残基の脱アミド化は側鎖の分解を引き起こすが、主鎖で同様の反応が進行するとペプチド結合の切断が起きる。この脱アミド化と切断反応の比較のため、アスパラギン残基におけるC末端側のペプチド結合切断反応について量子化学計算により解析した。この反応は、隣接残基がイソロイシン残基やプロリン残基の場合に速く進行すると言われている。が、活性化障壁は隣接残基がグリシンの場合と比較して大きく低下することはなかった。したがって、脱アミド化とペプチド結合の切断が競合した結果であると考えられた。脱アミド化がタンパク質の立体構造や凝集に及ぼす影響については、γSクリスタリンを用いて解析した。それぞれのアスパラギン残基をアスパラギン酸残基に置換することで脱アミド化模倣変異体を作製した。全ての変異体について円二色性スペクトルを用いて二次構造形成および熱安定性を調べた結果、それぞれの変異は立体構造に大きな影響を及ぼさないことが明らかとなった。この結果は、分子動力学シミュレーションにより得られた結果と一致していた。熱安定性については、N37D変異において顕著に低下することが示された。他の変異体については、野生型と比較して大きな違いが見られなかった。既報の論文と比較すると溶媒条件等により結果が変化すると考えられ、変性点のみのデータでは凝集能との直接的な関連について議論することは困難であると考えられた。凝集能については、全ての脱アミド化模倣変異体において野生型よりも凝集が促進されることが明らかとなった。その中でも、37℃ではN37D変異体において最も速く凝集が起きることが示された。一方で、Asn14およびAsn143における凝集促進作用は比較的小さかった。以上より、脱アミド化が起きた際にγScrystallinの凝集に最も影響を及ぼすアスパラギン残基を特定することができた。