Orientational information of troponin C within the thin filaments obtained by neutron fiber diffraction

中性子繊維回折により得られた細いフィラメント中のトロポニンCの配向情報

藤原 悟; 松本 富美子

Fujiwara, Satoru; Matsumoto, Fumiko

筋収縮制御は、骨格筋・心筋においては筋肉の細いフィラメント中のトロポニン(Tn)-トロポミオシン(Tm)系により行われている。筋収縮制御の分子機構の解明にはTnを構成するサブユニット(TnC, TnI, TnT)の細いフィラメント中における構造(変化)を知ることが重要である。われわれは、重水素化TnC(dTnC)を用いて、細いフィラメント中でのTnCの構造を中性子繊維回折法を用いて調べた。dTnCを含む再構成した細いフィラメント及びnativeな細いフィラメントのそれぞれについてCaを含む/含まない状態の配向試料を調製し、その中性子繊維回折測定を行った。測定は日本原子力研究開発機構所有の中性子小角散乱装置SANS-Jを用いて行った。得られた回折像から抽出した子午線上のTn由来の反射の振幅に対して、それぞれの蛋白質の細いフィラメント繊維軸への1次元の投影構造モデルを用いた解析を行った結果、TnCはCaのない状態において、その長軸が繊維軸と垂直に近い配向をとるが、Ca結合により繊維軸方向に傾くとともに配向及び位置の乱れが増大することを明らかにした。さらにこのようなTnCの変化はTn複合体全体の構造変化に対応していることが示された。

In striated muscles, contraction is regulated by the thin filament-based proteins, troponin consisting of three subunits (TnC, TnI, and TnT), and tropomyosin. Knowledge of in situ structures of these proteins is indispensable for elucidating this Ca-sensitive regulatory mechanism. We found from neutron scattering experiments that TnC within the thin filaments assumes extended dumbbell-like structures and moves toward the filament axis by binding of Ca. Here, in order to obtain more detailed in situ structural information of TnC, neutron fiber diffraction measurements were performed. Neutron fiber diffraction patterns were obtained from the oriented samples of native thin filaments and the thin filaments containing deuterated TnC in the absence and presence of Ca. Analysis of the meridional reflections due to Tn-complex with aid of model calculation showed that the angle between the thin filament axis and the long axis of TnC was estimated to be 67(7) and 49(17), in the absence and presence of Ca, respectively, suggesting that TnC, which assumes orientations rather perpendicular to the filament axis in the absence of Ca, tilts toward the filament axis and the orientational and positional disorder increases by binding Ca. It also showed that the relative position of the TnC moved by about 22 , and this apparent movement was concomitant with the movements of other Tn-subunits. This implies that by binding Ca, significant structural rearrangements of Tn-subunits occur.