熱安定性を予測するパラメータのランダム伸長変異による決定

現在のタンパク質の構造は進化の過程で、アミノ酸配列空間上の非常に狭い範囲を調べながらできてきたといえる。この意味でタンパク質は進化上の初期値と経路に強く依存した特殊なポリマーといえる。よって、現在のタンパク質だけを見て、そこにみられる共通性を構築原理としても、上述のタンパク質の特殊性によって、非天然型タンパク質のデザインなどに使える一般的なものにはならないのではなかろうか。こうした疑問の上にたち、我々の研究室ではBacillus stearothermophilus由来のカタラーゼ(735a.a.)にランダム点変異、およびランダム伸長変異(10ランダムアミノ酸をC末に付加)を導入した。そして、ランダムに変異型酵素を選び、いろいろ性質を調べてアミノ酸配列空間にマップし、その地形を描いてきた。得られた地形図には酵素が改悪された場合の情報も含まれているのでより一般的な構築原理に追れると考えている。そこで、今回は上述の伸長変異体69個すべてのアミノ酸配列を決定し、伸長部位のアミノ酸組成から得られるいくつかの性質の線形組み合わせで、速度論的熱安定性の変化をよく説明するパラメーターを発見することを試みた。これは配列空間上の地形が平らになるように軸を定めることに対応する。実際に用いたパラメーターは疎水性、分子量、電荷、ヘリックス性、β-シート構造やターンを形成する傾向、各アミノ酸がタンパク質の内部から外部へと移向するときの統計的自由エネルギー変化(ΔGi→o)である。重回帰分析の結果、熱安定性は疎水性に対して負の相関を持つ事がわかった。さらにほかの性質との線形結合では、あまり相関の有意度は上がらないことがわかった。このことは粗視化すればタンパク質の速度論的熱安定性は疎水性のみで予測できる可能性を示している。今後は、変異型カタラーゼの伸長変異や、まったくランダムなポリペプチドを合成してパラメータの予測力を調べる。

現在のタンパク質の構造は進化の過程で、アミノ酸配列空間上の非常に狭い範囲を調べながらできてきたといえる。この意味でタンパク質は進化上の初期値と経路に強く依存した特殊なポリマーといえる。よって、現在のタンパク質だけを見て、そこにみられる共通性を構築原理としても、上述のタンパク質の特殊性によって、非天然型タンパク質のデザインなどに使える一般的なものにはならないのではなかろうか。こうした疑問の上にたち、我々の研究室ではBacillus stearothermophilus由来のカタラーゼ(735a.a.)にランダム点変異、およびランダム伸長変異(10ランダムアミノ酸をC末に付加)を導入した。そして、ランダムに変異型酵素を選び、いろいろ性質を調べてアミノ酸配列空間にマップし、その地形を描いてきた。得られた地形図には酵素が改悪された場合の情報も含まれているのでより一般的な構築原理に追れると考えている。そこで、今回は上述の伸長変異体69個すべてのアミノ酸配列を決定し、伸長部位のアミノ酸組成から得られるいくつかの性質の線形組み合わせで、速度論的熱安定性の変化をよく説明するパラメーターを発見することを試みた。これは配列空間上の地形が平らになるように軸を定めることに対応する。実際に用いたパラメーターは疎水性、分子量、電荷、ヘリックス性、β-シート構造やターンを形成する傾向、各アミノ酸がタンパク質の内部から外部へと移向するときの統計的自由エネルギー変化(ΔGi→o)である。重回帰分析の結果、熱安定性は疎水性に対して負の相関を持つ事がわかった。さらにほかの性質との線形結合では、あまり相関の有意度は上がらないことがわかった。このことは粗視化すればタンパク質の速度論的熱安定性は疎水性のみで予測できる可能性を示している。今後は、変異型カタラーゼの伸長変異や、まったくランダムなポリペプチドを合成してパラメータの予測力を調べる。