マイクロ秒分割分光装置を用いた蛋白質の折り畳み機構の解明

蛋白質の立体構造形成(折り畳み)機構を解明するためには、その折り畳みダイナミクスを明らかにする必要があり、これまでヘリックスを含む蛋白質の折り畳み機構に関する研究が進んできた。一方、蛋白質の立体構造の形を特徴付けるもう一つの二次構造であるβシートを含む蛋白質の折り畳み機構は未解明の問題として残されてきた。そこで、βシート構造を含む蛋白質である一本鎖モネリン(SMN)の、pH-jumpに伴う折り畳み過程をマイクロ秒分割X線小角散乱・円偏光二色性分光・蛍光・FTIRによって追跡した。その結果、時定数14msと1sの二相性の指数関数に加えて、300μ秒以内にコンパクトになった状態の存在が示唆された。この結果はSMNの折り畳み過程には少なくとも2つの中間体が存在することを意味する。初期中間体は最終的な構造である天然状態構造とよく似た形をしているものの、二次構造をほとんど形成していないことが明らかとなった。さらに、後期中間体は天然状態と同じ形と大きさを持つものの、βシートだけが未だに形成していない構造をとることがわかった。以上の結果から、βシートを含む蛋白質は、初期に特異的な収縮を起こし、収縮したドメインの中で正確な相互作用の相手を探索し、水素結合ネットワークを形成するという機構によって折り畳むことを明らかとした。この結果はMD計算による予測と良い一致を示している。今回の測定で明らかとした、「収縮・探索機構」はヘリックスのみから構成される蛋白質の折り畳み機構もよく説明することから、自発的に折り畳む蛋白質に共通の機構だと考えられる。本研究は2005年2月22日発行の米国科学アカデミーPNAS誌にて発表されている。

蛋白質の立体構造形成(折り畳み)機構を解明するためには、その折り畳みダイナミクスを明らかにする必要があり、これまでヘリックスを含む蛋白質の折り畳み機構に関する研究が進んできた。一方、蛋白質の立体構造の形を特徴付けるもう一つの二次構造であるβシートを含む蛋白質の折り畳み機構は未解明の問題として残されてきた。そこで、βシート構造を含む蛋白質である一本鎖モネリン(SMN)の、pH-jumpに伴う折り畳み過程をマイクロ秒分割X線小角散乱・円偏光二色性分光・蛍光・FTIRによって追跡した。その結果、時定数14msと1sの二相性の指数関数に加えて、300μ秒以内にコンパクトになった状態の存在が示唆された。この結果はSMNの折り畳み過程には少なくとも2つの中間体が存在することを意味する。初期中間体は最終的な構造である天然状態構造とよく似た形をしているものの、二次構造をほとんど形成していないことが明らかとなった。さらに、後期中間体は天然状態と同じ形と大きさを持つものの、βシートだけが未だに形成していない構造をとることがわかった。以上の結果から、βシートを含む蛋白質は、初期に特異的な収縮を起こし、収縮したドメインの中で正確な相互作用の相手を探索し、水素結合ネットワークを形成するという機構によって折り畳むことを明らかとした。この結果はMD計算による予測と良い一致を示している。今回の測定で明らかとした、「収縮・探索機構」はヘリックスのみから構成される蛋白質の折り畳み機構もよく説明することから、自発的に折り畳む蛋白質に共通の機構だと考えられる。本研究は2005年2月22日発行の米国科学アカデミーPNAS誌にて発表されている。