液体の原子モデリング

Jul 01, 2023

Communications Biology volume 6、記事番号: 886 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

タンパク質溶液の液液相分離は、その生物学的重要性と病原性との関連性から再び注目を集めています。 相平衡に対する残留物レベルの影響を説明する場合、粗視化モデルは制限されます。 今回我々は、原子モデリングを用いたγクリスタリンの相図を報告する。 この計算は、化学ポテンシャルを計算するための FMAP 法と、高密度タンパク質溶液の配置サンプリングのためのブラウン動力学シミュレーションを組み合わせることによって可能になり、二ノーダル温度と臨界温度 (Tc) が得られました。 既知の高Tc γ-クリスタリンであるγFでは、低TcパラログであるγBよりも高いTcが得られます。 Tc の違いは、2 番目のビリアル係数のギャップによって裏付けられます。 タンパク質間相互作用を分解すると、γB と γF の間の 130 位の Ser から Trp への 1 つのアミノ酸置換が、Tc の違いの主な要因であることが明らかになります。 このタイプの分析により、相平衡をアミノ酸配列に関連付けたり、相平衡を変更するための突然変異を設計したりすることができます。

タンパク質の液液相分離は、近年集中的に研究されています。その理由は、結果として生じる生体分子の凝縮物が、転写からストレス制御に至るまでのさまざまな細胞プロセスを媒介するだけでなく、疾患に関連した凝集を起こしやすいためです1,2,3。 注目のほとんどは、本質的に無秩序なタンパク質 (IDP) または長い無秩序な領域を持つタンパク質に集中しています。これは、そのようなタンパク質が相分離を受ける強い傾向があるためでもあります 4、5、6、7、8、9、10、11。 この傾向は、固有の無秩序によりタンパク質が相分離を引き起こす多価相互作用を容易に形成できるという事実から生じます12。 皮肉なことに、相分離は、動物の眼の水晶体に高濃度で存在するγ-クリスタリン 13,14 を含む構造化タンパク質で最初に観察されました。 構造化タンパク質の場合、相分離を促進する多価相互作用の形成には高濃度が必要です12。 したがって、構造化タンパク質の相分離は、高い飽和濃度および/または低い臨界温度 (Tc) によって特徴づけられ、その両方が実験研究に困難をもたらします。 無秩序なタンパク質の相分離の配列決定因子はよく研究されています 5、7、10、11 が、構造化タンパク質についてはこの重要な問題についての理解が遅れています。

ウシ、ラット、およびヒトの水晶体では、それぞれ最大 6 つの相同性の高い γ-クリスタリンが同定されています 15、16、17 (図 1a および補足図 1a)。 相分離の Tc 値に応じて、それらは 2 つのグループに分類できます。1 つはウシ γB に代表され、Tc が 10 °C 未満です。 もう 1 つはウシ γF に代表され、体温付近の Tc を持ちます 14,18,19。 高 Tc γ クリスタリンは、皮質よりも水晶体核の方が高いレベルで存在し、屈折率の勾配に寄与しています 14,18。 γ-クリスタリンの相分離は白内障を引き起こす可能性がありますが、β-クリスタリンなどの他の成分によって抑制されます20。 ラットの水晶体を冷却すると、冷白内障として知られる現象である相分離が観察されました21。 白内障を引き起こすいくつかの点突然変異が相分離に及ぼす影響が研究されています。 例えば、ヒトγDのR14C（ジスルフィド架橋を防ぐための還元剤の存在下）およびE107AによるTcの結果として生じる変化は小さかった22,23。

a γB と γF の配列アラインメント。 残基番号はγBに準じます。 130 位の違いは、γB とγF のアミノ酸 S と W のそれぞれ緑色とオレンジ色で強調表示されます。 2 つのドメイン間のリンカーは小文字です。 配列は、UniProt (https://www.uniprot.org/) のγB および γF のエントリー P02526 および P23005 からそれぞれ取得され、ClustalW58 を使用してアラインメントされました。 ウシ、ヒト、およびラットのγ-クリスタリンのすべての既知の配列のアラインメントを補足図1aに示します。 b γB と γF の結晶構造の重ね合わせ (PDB エントリ 1AMM および 1A45)。 γB と γF はそれぞれ緑と青で漫画表現で示されています。 130 位の側鎖は、γB ではボールアンドスティックとして、γF ではスティックとして示されています。