Local conformational changes of proteins in DNA interfaces

DNAインターフェースの蛋白質局所構造変化

角南 智子; 河野 秀俊

Sunami, Tomoko; Kono, Hidetoshi

DNAとタンパク質の相互作用は翻訳や複製など生物機能において重要な役割を果たしている。そのため、DNAとタンパク質の相互作用機構を解明することは、生物学上の重要なテーマの一つである。近年、結晶構造解析を用いて、多くのDNA結合タンパク質の原子構造が明らかとなりつつある。これらから、タンパク質がDNAと結合した際に、しばしばDNA界面で構造変化を生じることが明らかとされつつある。われわれの研究の目的は、DNAと結合した際にタンパク質がどのような構造変化を生じるのかを明らかとすることである。われわれは、PDBより抽出したDNA結合タンパク質の構造を4残基長のフラグメントに分割し、これらのフラグメントを既知のライブラリを用いて7つのコードに分類することによって、DNA結合前後のタンパク質の局所構造の変化を解析した。その結果、(1)高い確率でDNA結合前後でDNA界面の構造変化が観察されること、(2)DNA非結合状態では構造の多様性が高いが、DNAに結合することで多様性が下がること、(3)DNA界面で変化する領域のアミノ酸組成は、それ以外の領域で変化する領域のアミノ酸組成とは異なるが、両者の局所構造の特徴は似通っていること、がわかった。

DNA-protein interaction plays a key role in many cellular functions such as transcription and replication. Understanding the mechanisms by which the protein recognizes DNA sequences is necessary. With increased amount of crystal structures, conformational changes of proteins in DNA interfaces are suggested to be one of important factors in DNA recognition. To better understand a role of the deformation of the proteins, we carried out quantitative analyses of local conformational changes observed in DNA interfaces using pre-defined 4-residue-length 7-letter structural-codes. We found (1) larger number of fragments in DNA interface undergo conformational change upon DNA binding, (2) conformational variation in DNA interface is high in DNA-unbound state and less in DNA-bound state, (3) amino acid composition of conformationally variable regions in DNA interfaces is different from that in other region, but structural characteristics of DNA interface are similar to that of other region.