核酸結合蛋白質の高次構造形成と核酸結合における亜鉛イオンの役割

• Project/Area Number: 08249202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 竹内 英夫 東北大学, 薬学部, 教授 (30111454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 隆司 東北大学, 薬学部, 講師 (30222318)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1996: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 亜鉛フィンガー / DNA結合蛋白質 / 蛋白質二次構造 / DNA / ラマン分光

Research Abstract

亜鉛フィンガーは真核生物の転写調節因子に含まれるDNA結合ドメインの最も普遍的なモチーフのひとつであり、逆平行βシートとαヘリックスからなるフィンガー構造の形成には亜鉛イオンの結合が必須である。亜鉛フィンガーは多種多様な核酸塩基配列に特異的に結合するが、核酸結合における多様性と特異性の分子機構は不明であり、フィンガー構造形成の過程も明らかにされていない。本研究では、亜鉛フィンガーの構造形成と核酸結合における亜鉛イオンの役割を明らかにすることを目的とした、蛋白質の二次構造と金属-配位子結合形成の機構およびDNAとの相互作用をラマン分光法を用いて解析した。
1.マウスの転写調節蛋白質Zif268第3亜鉛フィンガーに対応する27アミノ酸残基のペプチド(ZF3)は、亜鉛イオン非存在下では主としてβシート構造をとるが、亜鉛が存在すると、N末端に近い2個のシステインが先ず亜鉛に配位し、次にC末端の2個のヒスチジンが配位することにより、一部のβシートがαヘリックスに構造変化し、フィンガー特有の構造を形成することが明らかとなった。
2. ZF3のシステインとヒスチジンを交換したペプチドでは、亜鉛濃度の低い場合は、天然型と同様、システインへの優先的金属配位とβシートからαヘリックスへの部分的転移が生じるが、高濃度ではヒスチジンが配位するにも拘らず、2次構造転移は進行せず、フィンガー構造形成には至らなかった。この結果より、配位子配置および配位子の亜鉛イオンに対する親和性の相違が構造形成過程の制御に巧みに利用されていることが明らかとなった。
3. ZF3の結合により、2本鎖DNAの構造は、通常のB型からA型へ一部変換することを見出した。このことは亜鉛フィンガーがDNAのみならず、A型構造に固定されている2本鎖RNAとも強く結合することと関連している可能性があり、現在、詳細な解析を進めている。