Conformational changes of troponin C within the thin filaments detected by neutron scattering

中性子散乱により検出した細いフィラメント中のトロポニンCの構造変化

松本 富美子*; 牧野 浩司*; 前田 佳代*; Patzelt, H.*; 前田 雄一郎*; 藤原 悟

Matsumoto, Fumiko*; Makino, Koji*; Maeda, Kayo*; Patzelt, H.*; Maeda, Yuichiro*; Fujiwara, Satoru

筋収縮は、筋肉の主要な成分である太いフィラメントと細いフィラメントが互いに滑ることにより起こるが、そのCa濃度による制御には、骨格筋・心筋においては細いフィラメント中の蛋白質トロポニンC,トロポニンI,トロポニンT,トロポミオシンが関与している。筋収縮制御機構の解明にはこれらの蛋白質のフィラメント内での構造を知ることが重要である。われわれは、その第一段階として、細いフィラメント中でのトロポニンCの構造を選択的重水素化及びコントラスト変調法と組合せた中性子散乱法により調べた。重水素化トロポニンCを調製し、単離精製した細いフィラメントに挿入することにより重水素化トロポニンCを含むフィラメントを調製し、溶媒の散乱長密度を重水素化されていない成分と一致させることにより重水素化成分のみが見える条件下で中性子散乱実験を行った。得られた散乱曲線は重水素化トロポニンCのみからの散乱曲線となる。Caの有無において中性子散乱曲線を測定し、モンテカルロ法を用いたモデル計算による解析の結果、トロポニンCの慣性半径はCaの結合により、23から24に増大すること、さらにトロポニンCの細いフィラメント軸中心からの距離が53から49に減少することが明らかとなった。

Regulation of skeletal and cardiac muscle contraction is associated with the thin filament-based proteins, troponin C (TnC), TnI, TnT, tropomyosin, and actin. Knowledge of structures of these proteins is indispensable for elucidating the molecular mechanism of this Ca-sensitive regulation. Here the structure of TnC within the thin filaments was investigated with neutron scattering, combined with selective deuteration and the contrast matching technique. Deuterated TnC was prepared, reconstituted into the native thin filaments, and neutron scattering patterns of these reconstituted thin filaments containing deuterated TnC were measured under the condition where non-deuterated components were rendered 'invisible' to neutrons. The obtained scattering curves arising only from deuterated TnC were analyzed by model calculations using the Monte Carlo method. The results showed that upon binding of Ca, radius of gyration of TnC changed from 23 AA to 24 AA , and the radial position of TnC within the thin filament changed from 53 AA to 49 AA .