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

天冬酰胺残基脱酰胺机制及脱酰胺引起的蛋白质结构变化分析

• 批准号: 21K15244
• 负责人: 加藤 紘一
• 金额: $ 3万
• 依托单位: 湘南医療大学
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15244/
• 关键词: 脱アミド化; クリスタリン; 白内障; アスパラギン残基; 量子化学計算; 分子動力学シミュレーション; 非酵素的翻訳後修飾; 加齢性疾患

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。

天冬酰胺残基的脱氨酸会导致侧链降解，但是当主链中类似的反应进展时，会发生肽键的裂解。为了比较脱氨基反应和裂解反应，通过量子化学计算分析了在天冬酰胺残基处的C末端肽键裂解反应。据说当相邻残基是异亮氨酸或脯氨酸残基时，该反应会迅速发展。然而，与甘氨酸相比，相邻残基没有相比，激活屏障并未显着降低。因此，据认为，肽键脱氨基和裂解之间的竞争结果。使用γs结晶蛋白分析了脱氨基对蛋白3D结构和聚集的影响。通过用天冬氨酸残基取代每个天冬酰胺残基来产生脱膜模拟突变体。使用圆形二色性光谱检查了所有突变体的二级结构形成和热稳定性，并且发现每个突变对构象没有显着影响。该结果与分子动力学模拟获得的结果一致。在N37D突变中，热稳定性显示出显着降低。与野生型相比，其他突变体没有显着差异。与先前报道的论文相比，认为结果会根据溶剂条件等而发生变化，并且人们认为仅在修改点仅在修改点上与数据与汇总能力进行直接关系很难。关于聚集能力，发现与野生型相比，所有脱膜模拟突变体中促进了聚集。其中，表明聚集发生在37°C下的N37D突变体中最快发生。另一方面，ASN14和ASN143中的聚集启动子效应相对较小。从以上，可以鉴定出在脱氨酸发生时最大程度地影响γ-晶链蛋白聚集的天冬酰胺残基。

项目成果

Gln-Gly 配列における Gln 脱アミド化の反応機構

Gln-Gly序列中Gln脱酰胺反应机理

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤紘一;淺井遥;仲吉朝希;石川吉伸;栗本英治;小田彰史
• 通讯作者: 小田彰史

Identification of the Most Impactful Asparagine Residues for γS-Crystallin Aggregation by Deamidation

通过脱酰胺作用鉴定对 γS-晶状体蛋白聚集影响最大的天冬酰胺残基

• DOI: 10.1021/acs.biochem.3c00097
• 发表时间: 2023
• 期刊: Biochemistry
• 影响因子: 2.9
• 作者: Kato Koichi;Nakayoshi Tomoki;Kitamura Yuki;Kurimoto Eiji;Oda Akifumi;Ishikawa Yoshinobu
• 通讯作者: Ishikawa Yoshinobu

Asn残基の脱アミド化およびC末端側ペプチド結合切断におけるC末端側Pro残基の影響

C端Pro残基对Asn残基脱酰胺和C端肽键裂解的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤紘一;仲吉朝希;石川吉伸;栗本英治;小田彰史
• 通讯作者: 小田彰史

Asn残基の脱アミド化におけるC末端側のGly残基と主鎖構造の影響

C端Gly残基和主链结构对Asn残基脱酰胺化的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤紘一;市丸嘉;仲吉朝希;小田彰史;石川吉伸
• 通讯作者: 石川吉伸

Structural investigation of pathogenic variants in dihydropyrimidinase using molecular dynamics simulations

使用分子动力学模拟研究二氢嘧啶酶致病变异的结构

• DOI: 10.1016/j.jmgm.2022.108288
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Molecular Graphics and Modelling
• 影响因子: 2.9
• 作者: Kato Koichi;Nakayoshi Tomoki;Nagura Ayuka;Hishinuma Eiji;Hiratsuka Masahiro;Kurimoto Eiji;Oda Akifumi
• 通讯作者: Oda Akifumi