安定性指標に基づく蛋白質立体構造予測法の確立

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アミノ酸配列に書かれているタンパク質立体構造・機能に関する情報を解読することは今日のライフサイエンス研究における最も重要な課題の一つである。アミノ酸配列から立体構造を予測する有力な方法として、3D-1D法と呼ばれる方法がある。この方法では1次元の配列(1D)ととりうる3次元の立体構造(3D)との適合性を評価するが、その予測構造の適合評価の基礎となる現有の「評価関数」は、経験的なもので精度の高いものではない。私達は、ヒトリゾチームをモデル物質として選び、全構造特性を網羅した変異型を作製し、変異に伴う構造変化と安定性変化のデータを集積し、「安定性/構造」データーベースを構築しつつある。本研究課題では、これまでの結果に加え、分子表面残基の系統的な変異型データを蓄積し、立体構造特性と各残基の安定性の寄与を示す「安定性/構造」関数を完成させることを目的とする。今年度は、残された構造特性でのヒトリゾチーム変異型を作成し、安定性変化を示差走査熱量計で構造変化をX線結晶構造解析でデータを蓄積する。具体的には、分子表面のβ構造、ループ、そしてαヘリックスと違った二次構造上の部位(それぞれ2,74,110位)で一連の親水性残基変異型(VをS, Y, D, N, Rに置換)を作製し、DSCで変異による安定性の変化、X線結晶構造解析で変異による構造変化を詳細に調べた。その結果、分子表面での蛋白質-水分子間水素結合は1.5kJ/mol安定化に寄与しており、水分子のエントロピー損失は1.2kJ/molになることが分かった。これは、水和構造が安定化に寄与する因子の一つであることを示している。また、更に、これまでに得られた「安定性/構造」変化の相関パラメータが、モデリングされた蛋白質の評価に役立つかどうかを確かめた。それらがモデル構造の評価に役立つことが分かつた。