NMRと分子モデリングによる氷核蛋白質の立体構造と氷形成メカニズムの解明

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氷核活性細菌によって分泌される氷核蛋白質は水の凍結を促進する。この氷核蛋白質のアミノ酸配列は、中央部分に48残基の単位配列が数十回繰り返したタンデムリピートをもつ。48残基の単位配列は、16残基および8残基の繰り返しと見ることもできる。このタンデムリピートが規則的な立体構造をとることで氷の結晶と相互作用すると考えられている。しかしながら、その立体構造はいまだ明らかにされていない。本研究の目的は、このタンデムリピートの立体構造についての情報を得ることである。本研究では、2種類の氷核活性細菌由来の氷核蛋白質について、タンデムリピート領域の部分配列をモデルとした17残基及び24残基からなる3種類のペプチドを合成し、CD及びNMR測定を行った。NMR解析の結果、16残基の単位配列においてチロシンの芳香族側鎖が10残基離れたアラニンのメチル基と近接するペプチドが見出された。また2,3残基離れた疎水性残基のメチル基とチロシンの芳香族側鎖の近接が、3種類の全てのペプチドに見られた。このNMRの結果をもとに構造計算した結果、タンデムリピートの16残基の単位配列は閉じたループ構造を形成することが示された。チロシンの芳香環側鎖と疎水性側鎖メチル基との間の相互作用が、このループ構造の形成に寄与していることが強く示唆される。これらの残基は氷核蛋白質の一次構造において保存性が高い残基であることから、氷核蛋白質のタンデムリピート全体がこのループ構造を単位とするラセン構造をとりうることが示唆される。ループ構造の形成に不可欠なチロシンの芳香環側鎖と疎水性側鎖メチル基との間の相互作用は、疎水性相互作用及びCH/π相互作用という弱い相互作用へ帰せられる。従ってヘリックス構造のモデリングを行うためには、CH/π相互作用のような芳香環が関与する弱い相互作用を力場を導入することが必要であることを示唆している。