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マルチドメイン蛋白質の構造とダイナミクスの階層性の解析

Analysis of hierarchy of structure and dynamics of multidomain proteins

中川 洋   ; 齋尾 智英*; 長尾 道弘*; 井上 倫太郎*; 杉山 正明*; 富永 大輝*; 川北 至信  

Nakagawa, Hiroshi; Saio, Tomohide*; Nagao, Michihiro*; Inoue, Rintaro*; Sugiyama, Masaaki*; Tominaga, Taiki*; Kawakita, Yukinobu

マルチドメインタンパク質の柔軟なコンフォメーションは、その生物学的機能を担っている。3つのドメインからなるタンパク質: MurD (47kDa)は、酵素反応において、ドメインのコンフォメーションをopen構造からsemi-closed構造,closed構造と順次変化させるが、各コンフォメーションにおけるドメインのダイナミクスは不明であった。本研究では、小角X線・中性子散乱法(SAXSおよびSANS),動的光散乱法(DLS),中性子背面散乱法(NBS),中性子スピンエコー法(NSE)、および分子動力学(MD)シミュレーションを組み合わせて、MurDの対応する3つの状態(アポおよびATP,阻害剤結合状態)におけるコンフォメーション・ダイナミクスを検証した。解析の結果、酵素反応に伴うドメインダイナミクスの変化は、各反応状態に特異的に結合するリガンドとの親和性や反応効率に関係すると考えられる。

The flexible conformation of a multidomain protein is responsible for its biological function. 3-domain protein: MurD (47kDa) changes its domain conformation sequentially from open to semi-closed to closed conformation during enzymatic reactions. However, the dynamics of the domains in each conformation is unknown. In this study, we combined small-angle X-ray and neutron scattering (SAXS and SANS), dynamic light scattering (DLS), neutron back scattering (NBS), neutron spin echo (NSE), and molecular dynamics (MD) simulations to investigate the conformational dynamics of MurD in the three corresponding states (apo and ATP, inhibitor-bound state). The analysis showed that the conformational dynamics of MurD during the enzymatic reaction was not affected. The analysis suggests that the changes in domain dynamics during enzymatic reactions are related to the affinity and reaction efficiency with ligands that bind specifically to each reaction state.

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