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膜タンパク質の安定性を向上させるアミノ酸置換の理論的予測

提高膜蛋白稳定性的氨基酸取代的理论预测

基本信息

批准号：
17J08471
负责人：
梶原佑太
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度では,膜蛋白質の安定性を記述するための必要最低限の物理因子について考察した。リン脂質分子の非極性鎖を構成する炭化水素基集団が膜タンパク質の「溶媒」として機能し,そのエントロピー効果が膜蛋白質の構造安定性に重要な役割を果たすであろうと提言し,膜蛋白質用の自由エネルギー関数を開発した。それを用いて,耐熱化を実現できるアミノ酸置換を予測する方法論を構築し,創薬の標的として特に重要なG蛋白質共役型受容体に対して,その構造が分かっている場合(Case 1)では,その安定化置換の予測的中率は6/7であった。本年度では、GPCRファミリーの約8割を占めるClass Aの不活性型に対し,鍵残基とホットスポットの存在を発見した。鍵残基とは,「それを置換して得られる変異体の多くが大きく耐熱化する」残基であり,各GPCRに複数個存在する。数多くのGPCRに保存され共通に鍵残基となる残基がホットスポットである。BW数が3.39である残基がホットスポットであることを示した。特に,それをアルギニンまたはリジンに置換することによって顕著な安定化が実現できることを予測し,実際にプロスタグランジンE2タイプ4受容体とアセチルコリンM2受容体の耐熱化に成功し,それらの新しい構造決定に結び付けた。野生型と置換体の構造の両方が分かっている場合には,どちらがより安定であるかを射当てることに失敗しないと考えられる。つまり,開発した自由エネルギー関数Fは安定性の構造依存性を的確に考慮できている。しかし,裏を返せば,構造が不正確なら成功する確率が低くなりうることを示唆している。相同性が34%に達する鋳型がある場合は,安定化置換の的中率は5/7であり,あまり落ちなかったが,17%の鋳型しか見つからなかった場合では2/10にまで落ちた。今後,特に野生型の構造のモデル化法を改良することが不可欠である。

Last year, the stability of membrane proteins was described and the necessary minimum physical factors were investigated. The non-polar structure of lipid molecules enables the development of membrane protein as a "solvent" and as a function of membrane protein structure stability. In this case, the method for predicting acid substitutions in heat resistant solutions was constructed, and the median prediction rate of stabilizing substitutions was 6/7 in Case 1, which was especially important for G protein co-service receptors. This year, about 8 fragments of GPCR were detected, and the presence of inactive residues in Class A was detected. A number of residues are present in each GPCR. A number of GPCRs are preserved for common bond residues. BW number 3.39 In particular, it is predicted that the thermal stability of the E2 - 4 receptor will be successfully achieved by the thermal stability of the M2 receptor, and the new structure will be determined. The structure of the wild-type substitution is divided into two parts: the first part is stable, the second part is stable, and the third part is failed. The number F of relations between stability and structural dependence should be taken into account. The accuracy rate is low when the structure is incorrect and the success rate is low. In the case of identity up to 34%, the median rate of stabilization substitution is 5/7, and in the case of identity up to 17%, the median rate is 2/10. In the future, the structure of wild type is improved.