Key interactions in integrin ectodomain responsible for global conformational change detected by elastic network normal-mode analysis

エラスティックネットワークモデルを用いた基準振動解析によるインテグリン構造変化において鍵となる相互作用の検出

松本 淳; 鎌田 徹治*; 高木 淳一*; 岩崎 憲治*; 由良 敬

Matsumoto, Atsushi; Kamata, Tetsuji*; Takagi, Junichi*; Iwasaki, Kenji*; Yura, Kei

インテグリンは、多細胞生物において、細胞間の接着にかかわるタンパク質グループの総称である。インテグリンのなかには、活性化の際に、大きく構造を変化させるものがあることがわかっているが、その構造変化のメカニズムに関しては、よくわかっていなかった。われわれは、折りたたまれた構造をとっているインテグリンに対し、エラスティックネットワークモデルによる基準振動解析法を適用し、インテグリンの分子振動にとって重要な部位を発見した。さらなる計算の結果、その部位が、インテグリンの大規模な構造変化にとって重要であることを発見した。この重要性は、実験によっても確認した。さらに、さまざまな種類のインテグリンを調査し、重要な部位を構成するアミノ酸がどの程度保存されているかを調べたところ、限られたグループのインテグリンにおいてのみ、よく保存されていることを発見した。これは、大規模構造変化のメカニズムが、インテグリンの種類によって違うことを示している。

Protein is activated, but the activation mechanism and generality of the conformational change remain to be elucidated. We performed normal mode analysis of the elastic network model on integrin ectodomain in the bent form and identified key residues which were influential on molecular motions. Iterative normal mode calculations demonstrated that the specific non-bonded interactions involving the key residues work as a snap to keep integrin in the bent form. The importance of the key residues for the conformational change was further verified by mutation experiments. Conservation pattern of amino acid residues among integrin family showed that the characteristic pattern of residues seen around these key residues is found in the limited groups of integrin chains.