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河野 秀俊; 今西 未来*; 根木 滋*; 辰谷 和弥*; 杉浦 幸雄*
no journal, ,
転写因子などDNA結合蛋白質は、配列特異的にDNAに結合し、遺伝子の発現を制御している。塩基配列に対する結合特異性を持った蛋白質を人工的に作ることができれば、DNAの切断機能など異なる分子機能を持つ蛋白質を融合させることによって、さまざまな分子機能を特定の塩基配列に対して働かせることができる。近年、計算機シミュレーションによって意図した立体構造をとる蛋白質の設計に成功したという報告がなされるようになってきた。本研究では、計算機シミュレーションに基づき、天然に存在しない全く新規のアミノ酸配列で、亜鉛フィンガー型の立体構造をとり、かつ、意図したDNA配列に結合する蛋白質の設計に取り組んだ。結果、6割以上の高確率で、意図した通り亜鉛イオンを配位し、へリックス構造を持つ蛋白質の設計に成功した。さらに、塩基配列に特異的に結合する蛋白質を2つ作成することに成功した。これらの蛋白質は、単独で、又は、DNA切断機能など他の分子機能を持つ蛋白質との融合蛋白質として、遺伝子発現制御機構を探る道具や遺伝子治療の道具などへの実用的な応用が期待される。
徳永 廣子*; 石橋 松二郎*; 有坂 文雄*; 新井 栄揮; 黒木 良太; 山口 類*; 荒川 力*; 徳永 正雄*
no journal, ,
ヌクレオシド二リン酸化キナーゼ(NDK)は、ほとんどの生物種に広く保存された酵素である。グラム陰性中度好塩菌
sp. 593由来のNDK(HaNDK)とグラム陰性非好塩菌
由来NDK(PaNDK)は高い相同性(78% identity, 89% similarity)を示すにもかかわらず、前者は2量体構造、後者は4量体構造を形成する。両者のアミノ酸配列の比較や立体構造予測から、134番目のアミノ酸残基が複合体構造の違いに大きく関与していると予測された。また、HaNDKはGlu134をAlaに置換すると4量体を形成するようになり、逆にPaNDKはAla134をGluに置換すると2量体を形成することが判明した。これらの結果から、野生型HaNDK及び変異型PaNDKは、Glu134のマイナス電荷による反発的相互作用により、4量体形成が阻害されていることが示唆された。
米谷 佳晃*; 藤井 聡*; 皿井 明倫*; 河野 秀俊; 郷 信広
no journal, ,
DNAの柔らかさは塩基配列に依存し、その配列による違いが蛋白質との結合親和性を左右する。したがって、DNAの柔らかさの塩基配列依存性は、蛋白質との相互作用を考えるうえで重要な性質である。一方、DNAの水和構造も塩基配列に依存する。例えば、AATTなど特定の配列で、副溝に沿って水分子が連なる秩序構造が出現することがわかっている。このような水和構造の発見により、それがDNAの構造安定性に影響する可能性が考えられるようになったが、さまざまな配列に対する水和パターンとDNAの柔らかさの関係はよくわかっていない。本研究では、全4塩基配列パターンについて分子動力学計算を行い、DNAの柔らかさと水和パターンの関係を系統的に調べた。その結果、両者の間に明確な相関があることがわかった。その様子は、次のように説明できる。硬い配列の大部分は、高い1ブリッジ(斜め向いの塩基対を1個の水分子で橋渡し)形成率を持つ。1ブリッジの代わりに2ブリッジ(2個の水分子で橋渡し)形成率が高いものも少し存在する。柔らかい配列は、いずれのブリッジも形成しにくい。中間の柔らかさを持つ配列は、どちらのブリッジ形成率についても中間的な値をとる。さらに、このような相関が現われる原因を調べるために、塩基の水素結合アクセプター原子の電荷を仮想的にゼロにした計算を行った。結果、ブリッジ形成がDNAの柔らかさを決定づけるというよりむしろ、DNAの柔らかさが水和パターンを決定づけていることが示唆された。
徳久 淳師; 河野 秀俊
no journal, ,
マウスの発生初期に発現するタンパク質Zif268は、ジンクフィンガーモチーフ3つから構成されており、Gリッチな塩基配列を認識し結合する。本研究ではZif268の認識機構の解明を目的に、認識塩基配列と非認識塩基配列、2つの異なる系で分子動力学計算を行い、その結果を比較した。結果、タンパク質-DNA間の相対位置の変化が、非認識配列の系では認識配列の系に比べ大きいことがわかった。特に非認識配列の系においては、2つ目のフィンガー部位(F2)がDNA表面をすべるような運動を観測した。またDNAの構造エントロピーは非認識配列のほうが大きく、タンパク質-DNA間に形成される安定な水素結合が認識配列に比べ少ないことがわかった。以上のことから、両者間の運動性の違いは、タンパク質-DNA間に形成される水素結合に起因しており、このエンタルピックな効果によりZif268は特異的な認識を安定化していると考えられる。認識配列の系で特に安定な水素結合を形成した、Arg44, Asp46, His47の3つの残基が、F2のDNA認識において塩基配列特異性を担っていると考えられる。
郷 信広
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日本蛋白質科学会は2008年の年会から新しい試みとして、年配の会員が「自分の研究を中心に蛋白質科学の歴史を語る」という趣旨のヒストリーレビューという企画を始めた。その講演者に選ばれたので、標記の題名の講演をした。蛋白質科学をはじめとする生物科学においては、各論的事実が極めて大切で、その発見に分野の研究の労力の大半が費やされているが、それで終わってしまうのではなく、それら各論の先に一般的法則を何時も高い緊張感を持って、見据えていくことが大切である、と言ったメッセージを伝えたかった。蛋白質におけるアミノ酸配列からの立体構造の自立的形成の現象にしても、その背景を突き詰めていくと「生物進化」と言う一般論の重要性が浮かび上がってくる。このようなことを話した。
中村 建介
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地球上の生物は環境中に存在する金属元素を巧みに利用しながら進化してきた。特に鉄,亜鉛,銅,マンガン,ニッケル,コバルト,バナジウム,モリブデンなどの遷移金属は必須元素として生命を維持するうえで欠かすことのできない機能を有している。遷移金属元素の多くは特定の蛋白質の結合サイトに配位結合した状態で存在し機能を発現している。近年、ゲノム配列の解読や蛋白質の機能解析の進展に伴い、生体内の微量元素の働きの重要性が再認識されつつある。遷移金属の機能と言っても、蛋白質構造の安定化や酸化還元による電荷移動媒体としての役割,触媒機能など多岐に渡るが、ゲノム配列上に記述された蛋白質をコードする遺伝子のすべてについて遷移金属結合の有無や、金属結合サイトの立体構造及び機能の詳細が明らかとなっているわけではない。遷移金属の生体内での役割についてより深い理解を得ることを目的として、PDB蛋白質立体構造データベース中にある遷移金属機能性サイトを網羅的に分類することを試みた。今回は分類の方法と作成したソフトウェア、既に分類を行ったデータと得られた知見について発表する。