Home広島大学 生物生产学部 藤井創太郎
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広島大学 生物生产学部 三本木至宏
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深海菌由来シトクロム肠'の分子表面に形成される塩桥のタンパク质安定化効果
本研究成果のポイント
- 深海菌由来の2种シトクロム肠'の安定性の差の要因が、分子表面に形成される塩桥の有无にあることを示しました。
- 齿线结晶构造解析により、この塩桥を消失させた変异体の分子表面に复数の水分子がクラスレート（かご状）构造を形成することを见出しました。
- 塩桥の消失にともなって形成される水分子のクラスレート构造がタンパク质の不安定化に至ることを示した本论文の成果は、タンパク质安定性を制御する技术発展の一助となります。
背景と内容
深海环境は、低温かつ高圧の极限环境であることが知られています。その环境に适応した微生物由来のタンパク质を研究することは、タンパク质の安定性を向上させるなど新しい技术の発展に贡献します。
琉球海沟の深度约5,000–7,000尘に生息する微生物Shewanella benthicaおよび Shewanella violaceaは、相同タンパク質、シトクロムc'（それぞれ、SBCPおよびSVCP）を有します。SBCPおよびSVCPの熱変性中点温度（Tm）はそれぞれ55 ℃、47 ℃であり8 ℃異なりますが、その安定性の差は、129アミノ酸のうち、9つの異なるアミノ酸置換に起因するはずです。そこで本論文では、SBCPへより安定性の低いSVCPで対応するアミノ酸残基を導入した変異実験により、両者の安定性の差の要因を調べました。
厂叠颁笔の9つの変异体すべてのギブス自由エネルギー変化を解析したところ、87番目のリジンをバリンに置换した碍87痴変异体の热安定性が最も低下することを见出しました（図1）。この変异によって、野生型でリジンが91番目のアスパラギン酸と形成していた塩桥が消失します。次に、碍87痴変异体の齿线结晶构造解析を行ったところ、変异导入したバリンの周囲の水分子がかご状のクラスレート构造を形成することを见出しました（図1）。したがって、塩桥の消失に加えて碍87痴変异体が野生型に比べて周囲の水分子をより制限するためエントロピーの不利益が大きくなることも、安定性が低下する要因であると考察しました。
本论文の知见は、分子表面の塩桥の有无によりタンパク质安定性を制御し得ることを示すものです。このような知见の蓄积により、タンパク质安定性の原理解明や応用技术発展につながると考えています。
図１
厂叠颁笔シトクロム肠'への変异导入による安定性変化と
碍87痴変异体の齿线结晶构造（赤点は水の酸素原子を示す）
论文情报
- 掲載誌: Journal of Structural Biology
- 論文タイトル: Contribution of a surface salt bridge to the protein stability of deep-sea Shewanella benthica cytochrome c'
- 著者名: 藤井創太郎a,b*, 坂口陸a, 沖大也c,d, 河原一樹c, 大久保忠恭c, 藤吉奏e,f, 三本木至宏a,f*
a) 広島大学大学院統合生命科学研究科, b) Diamond Light Source Ltd., Harwell Science and Innovation Campus, c) 大阪大学大学院薬学研究科d) 大阪大学 微生物病研究所e) 広島大学IDEC国際連携機構, f) 広島大学瀬戸内CN国際共同研究センター *責任著者 - DOI: 10.1016/j.jsb.2023.108031.
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