The F54L mutation of Thioredoxin shows protein instability and increased fluctuations of the catalytic center

チオレドキシンのF54L変異はタンパク質の不安定性させ触媒中心のゆらぎを増加させる

馬場 匠望*; 上野 剛*; 大恵 千翔*; 佐治 淑*; 山本 祥子*; 山本 雅貴*; 中川 洋   ; 岡崎 伸生*; 大内田 守*; 川崎-大守 伊織*; 竹下 浩平*

Baba, Takumi*; Ueno, Go*; Oe, Chika*; Saji, Shuku*; Yamamoto, Sachiko*; Yamamoto, Masaki*; Nakagawa, Hiroshi; Okazaki, Nobuo*; Ouchida, Mamoru*; Kawasaki-Ohmori, Iori*; Takeshita, Kohei*

Trx-F54L変異ラットでは神経変性や慢性腎臓病が観察されているが、なぜTrx変異がこのような現象を引き起こすのか、その詳細は不明である。本研究では、F54L変異による分子変化を調べ、アデムラットの表現型に寄与する因子を探索した。その結果、F54L変異体はWT Txn1よりもインスリン基質に対する活性が低かったが、酸化還元電位には有意な差は認められなかった。一方、F54Lは野生型よりも体温域での変性に敏感である。さらに、結晶構造から、F54は周囲の疎水性アミノ酸と疎水性相互作用を形成していることが示された。さらに、MDシミュレーションの結果、F54L変異体周辺では揺らぎが増加し、触媒中心のC32残基とC35残基の間の距離が広がる傾向が見られた。F54L変異の分子ダイナミクスは、基質還元活性、熱安定性、運動安定性に影響を与えると考えられる。

Neuronal degeneration and chronic kidney disease have been observed in Trx-F54L mutant rats; however, the details of why the Trx mutation causes these phenomena remain unknown. This study investigates molecular changes caused by the F54L mutation and explores the factors contributing to the Adem rat phenotype. Results showed that the F54L mutant was less active than WT Txn1 on insulin substrates, but no significant difference in redox potential was observed. On the other hand, F54L is more sensitive to degeneration in the body temperature range than the wild type. Furthermore, the crystal structure showed that F54 formed hydrophobic interactions with the surrounding hydrophobic amino acids. Moreover, the MD simulation results show increased fluctuations around the F54L mutation, as well as a tendency for the distance between residues C32 and C35 at the catalytic center to widen. The molecular dynamics of the F54L mutation may affect the substrate reduction activity, thermal stability, and kinetic stability.