A Neutron crystallographic analysis of a rubredoxin mutant at 1.6 resolution

ルブレドキシン変異型の1.6分解能中性子結晶構造解析

茶竹 俊行*; 栗原 和男; 田中 伊知朗*; Tsyba, I.*; Bau, R.*; Jenney, F. E. Jr.*; Adams, M. W. W.*; 新村 信雄

Chatake, Toshiyuki*; Kurihara, Kazuo; Tanaka, Ichiro*; Tsyba, I.*; Bau, R.*; Jenney, F. E. Jr.*; Adams, M. W. W.*; Niimura, Nobuo

由来ルブレドキシンの高い熱安定性の起源を明らかにするため、その変異型に対する1.6分解能中性子結晶構造解析(重水中で結晶育成)を生体高分子用中性子回折装置BIX-3(原研原子炉JRR-3内設置)を用いて行った。由来ルブレドキシンは、通常の熱安定性を持つ常温菌由来のルブレドキシンと異なるアミノ酸残基部分を持つ。そこで、その中で重要と考えられる3つの残基を常温菌のものに変えた変異型を発現させ、その水素結合パターンを変異の無い野生型と比較した。その結果、変異を行った残基の一つで水素結合パターンの違いが明らかになった。これをもとに熱安定性の議論を行った。一方で、このタンパク質の水素/重水素置換率の詳細も調べた。その結果、ルブレドキシンの鉄-硫黄中心(酸化還元機能を司る)にかかわる4つのシステイン残基周辺は、最も水素/重水素置換が進んでいないということがわかった。これはこの周囲の構造が安定であることを示唆している。加えて、この高分解能な中性子構造解析により、水和水の秩序性も含めた詳細な水和構造が明らかになった。

A neutron diffraction study has been carried out at 1.6 resolution on a mutant rubredoxin from using the BIX-3 single-crystal diffractometer at the JRR-3 reactor of JAERI. In order to study the unusual thermostability of rubredoxin from , the hydrogen-bonding patterns were compared between the native and a 'triple-mutant' variant where three residues were changed so that they are identical to those in a mesophilic rubredoxin. In the present study, some minor changes were found between the wild-type and mutant proteins in the hydrogen-bonding patterns of the Trp3/Tyr3 region. The H/D-exchange ratios in the protein were also studied. The results suggest that the backbone amide bonds near the four Cys residues of the FeS redox center are most resistant to H/D exchange. In addition, the 1.6 resolution of the present neutron structure determination has revealed a more detailed picture than previously available of some portions of the water structure, including ordered and disordered O-D bonds.