蛋白質-DNA認識における直接認識と間接認識の寄与バランス

Balance of direct readout and indirect readout contributions to protein-DNA recognition

河野 秀俊; Kumar, S.*; Ahmad, S.*; Arazo-Bravo, M. J.*; 藤井 聡*; 郷 信広; 皿井 明倫*

Kono, Hidetoshi; Kumar, S.*; Ahmad, S.*; Arazo-Bravo, M. J.*; Fujii, Satoshi*; Go, Nobuhiro; Sarai, Akinori*

転写因子などのDNA結合蛋白質はDNA配列に特異的に結合する。DNA結合蛋白質のDNA配列の認識は、おもに静電相互作用,水素結合,ファンデルワールス相互作用などの塩基とアミノ酸残基の直接的な相互作用によって行われていると考えられてきた。しかし、多くの蛋白質-DNA複合体構造が明らかになるにつれ、直接的な相互作用の数が少ないこと,直接に蛋白質と相互作用をしていない塩基配列を変えても結合強度が変わることなどが明らかになり、直接的でない認識、つまり、間接認識の重要性も認知されるようになってきた。間接認識とは、配列に依存したDNAの特異構造や曲がりやすさなどの構造情報や物性情報を通してDNA配列を蛋白質が間接的に認識することをさす。したがって、蛋白質とDNAの認識機構を解明するには、この両者の寄与を明らかにする必要がある。しかしながら、直接認識と間接認識の寄与を定量化することが難しいため、その寄与バランスはよくわかっていない。われわれは、両者の寄与を定量化する方法を開発し、さまざまな蛋白質-DNA複合体についてその寄与バランス調べた。直接認識は、蛋白質-DNAの複合体構造から抽出されたアミノ酸と塩基の空間分布から計算されるknowledge-based potentialを、間接認識では、複合体のDNA構造の配列依存性から抽出されるknowledge-based potential及びさまざまなDNA配列の分子動力学計算による構造アンサンブルから計算されるpotential of mean forceを用いて、それぞれの寄与をエネルギーとして定量化した。計算したエネルギーは、ランダムDNA配列とのエネルギーの差としてそれぞれで標準化し(Z-score化)、直接認識と間接認識の寄与を評価した。本発表では、約200の蛋白質-DNA複合体における寄与バランスを報告する。

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