モジュール知識に基づくタンパク質機能予測法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11559007
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 郷 通子 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70037290)
• 研究分担者: 籐 博幸 生物分子工学研究所, 情報解析部門, 主任研究員 ; 由良 敬 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50252226)
• キーワード: モジュール / イントロン / 3Dキーノート / リン酸基結合 / らん藻ゲノム / 形質転換 / キシラナーゼ / モジュールシャッフリング

研究概要

申請者らが開発したモジュール自動同定法プログラムにより、立体構造が解明されていてProtein Data Bankに原子座標が登録されているタンパク質のすべてをモジュールに分解した。立体構造に基づいて、モジュールを分類するためには、定量的な方法を開発することが必須である。さらに同じ構造のグループに分類されたモジュールを、基質や金属イオン、リガンドなどとの結合の様式によって分類した。この分類に基づいて、モジュールがもつ構造と機能をアミノ酸配列のパターンに投影できるという、新しい概念を提唱できた。アミノ酸配列パターンを3Dキーノートと命名した。モチーフとして知られている保存アミノ酸配列とは異なり、アミノ酸残基間の相互作用が反映されている。3Dキーノートを抽出し、ゲノム機能の予測を行った。いかに今年度の主な成果を述べる。(1)立体構造が有意に類似しているリン酸基結合HTHモジュール(pbHTHモジュール)が数種の異なるDNA結合・修復酵素に存在しており、しかも類似のDNA結合様式をもっていることから、これらのモジュールの3Dキーノートを明らかにした。
(2)pbHTHモジュールの3Dキーノートをらん藻ゲノムで検索したところ、機能が判明していない遺伝子産物であるORF slr0197(553残基)のC末端付近にpbHTHモジュール候補が2ヵ所存在する事を見出した。N末端側に膜貫通部位、中央にHKDモチーフを2つ持つことから、本ORFがらん藻の形質転換における外来DNA取り込みの初期段階を担う分子であることが予測された。(3)ファミリー10に属するキシラナーゼの触媒ドメインは22個のモジュールからできていることがわかった。機能部位がモジュールに局在しており、モジュールの機能的な意味が示された。

研究成果

• [文献書誌] Kei Yura et al.: "Putative Mechanism of Natural Transformation as Deduced from Genome Data."DNA Research. 6・2. 75-82 (1999)
• [文献書誌] Satoshi Kaneko et al.: "An Investigation of the Nature and Function of Module 10 in a Family F/10 Xylanase FXYN of Streptomyces olivaceoviridis E-86 by Module Shuffling with the Cex of Cellulomonas fimi and by Site-Directed Mutagenesis."FEBS Letters. 460・1. 61-66 (1999)
• [文献書誌] Yoko Sato et al.: "Module-Intron Correlation and Intron Sliding in Family F/10 Xylanase Genes."Gene. 238・1. 93-101 (1999)
• [文献書誌] Ken-ichi Takahashi et al.: "A Mini-Protein Designed by Removing a Module from Barnase: Molecular Modeling and NMR Measurements of the Conformation."Protein Engineering. 12.・8. 673-673 (1999)
• [文献書誌] Mitiko Go et al.: "Old and New Views of Protein Folding"Kuwajima,K.and Arai M. (Elsevier Science). 318 (1999)