溶液NMRからの長距離情報によるタンパク質立体構造決定法の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11680662
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 白川 昌宏 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教授 (00202119)
• キーワード: 水素結合 / NMR / 立体構造 / ヌクレオチド結合蛋白質

研究概要

生体高分子における水素結合は、1)2次構造、3次構造の形成、安定化、2)分子認識、3)酵素反応、などに重要な役割を果たす。ところが生体高分子の水素結合はX線解析法やNMRなどにより決定された座標を基に言わば間接的に予測されるのが一般的である。これは水素結合の存在を直接観測するのが困難であったからである。実験事実に基づく推定としては、NMRにおける化学シフト、遅いアミドプロトン交換などが利用されるのみであった.ところが最近、蛋白質、核酸においてアミド基やイミノ基を介した水素結合では供与基と受容基の15N-15N,15N-13Cなどにスピン結合が存在することがわかった.
我々はヒトの酸化ヌクレチド分解酵素MTH1蛋白質、原核生物キチナーゼのフィブロネクチンタイプIII様ドメイン、ヒトサイトカインIL-18について主鎖間の水素結合をスカラー結合によって直接観察を行い、立体構造決定の情報として利用した。TROSY法を利用したHNCOスペクトル測定により、水素結合の供与基、受容基を構成する多くのアミド窒素とカルボニル基間のスカラー結合が観測された。これは構造決定において信頼に足る初期構造を与えるため、重要な改良となった。特に非規則的なβシート部分、枝分かれした水素結合の同定に甚大な効果を示すことがわかった。
また新しい手法として水素結合のスカラー結合による直接観察については、Ras-GDPの系で主鎖アミド基とヌクレオチド-リン酸中のリン原子の間に、初めてスカラー結合が存在することを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Inooka 他9名: "Conformation of a peptide ligand bound to its G-protein coupled receptor."Nature Structural Biology. 8. 161-165 (2001)
• [文献書誌] T.Ikegami 他5名: "Solution structure and dynamic character of the histidine-containing phosphotransfer domain of anaerobic sensor kinase ArcB from Escherichia coli."Nature Structural Biology. 40. 375-386 (2001)
• [文献書誌] K.Morikawa,M.Shirakawa: "Three-dimensional structural views of damaged-DNA recognition : T4 endonuclease V,E.coli Vsr protein, and human nucleotide excision repair factor XPA."Mutation Research. 460. 257-275 (2000)
• [文献書誌] N.Fujita 他6名: "Mechanism of transcriptional regulation by methyl-CpG binding protein MBD1."Molecular Cellular Biology. 20. 5107-5118 (2000)
• [文献書誌] M.Mishima 他5名: "Intermolecular ^<31>P-^<15>N and ^<31>P-^1H scalar couplings across hydrogen bonds formed between a protein and a nucleotide."J.Am.Chem.Soc.. 122. 5883-5884 (2000)
• [文献書誌] T.Ikegami 他5名: "Structure of the Chitin-Binding Domain of Bacillus circulans WL-12 Chitinase A1."Journal of Biological Chemistry. 275. 13654-13661 (2000)