科学者たちは、タンパク質複合体で人工アロステリック部位を作る画期的なアプローチを開発しています。

科学者チームが最近発表した研究論文によれば、タンパク質複合体において人工アロステリック部位（エフェクター分子を結合することにより遠位活性部位の活性が調節される）を生成するための画期的なアプローチが開発されました。 この画期的な研究は、産業、生物学、医療、農業の分野で幅広い用途に重要な可能性を持っています。

チームの仕事は次の場所に投稿されます。 自然化学 2023年7月6日 16:00(ロンドン時間)

ヘモグロビンや分子モーターなどのタンパク質複合体は、小単位（タンパク質複合体の構成タンパク質）間の協同作業を通じて一致した機能を発揮します。 このオーケストレーションはアロステリックメカニズムによって有効になります。 エフェクター分子が他のサブユニットのアロステリック部位に結合してサブユニットの活性部位で機能を調節するアロステリック効果は、1960年代に初めて提案され、それ以来生化学分野で最も重要なテーマの一つとして残っています。 。 研究チームは、タンパク質複合体の調和した機能を調節するために、人工アロステリック部位をタンパク質複合体として設計する戦略を開発した。 「人工アロステリック部位をタンパク質複合体にすることは、アロステリックの基本原理を明らかにし、合成生物学のツールとして使用できる可能性を持っています」と大阪大学の小賀信康教授は言いました。

研究チームは、タンパク質複合体内のアロステリック部位が進化過程で消失したと予測される類似活性部位の消失した機能を回復することによって生成できるという仮説を立てた。 様々なタンパク質複合体には、類似の活性部位を有する小単位が含まれる。 擬似アクティブサイトは、他のサブユニットのアクティブサイトとアロステリック接続があることが報告されています。 たとえば、ATPase活性を失ったがまだATP結合能力を示すサブユニットの同様のアクティブサイトは、ATPに結合すると他のサブユニットのアクティブサイトをアクティブにします。 （細胞レベルでは、ATPはエネルギー源です。ATPaseはATPを分解する酵素の能力を説明しています。）これらの研究は、類似の活性部位を操作して別々のアロステリック部位をタンパク質複合体にすることができるという考えを裏付けています。 。

研究チームは、回転分子モーターVのBサブユニット上の類似の活性部位の失われたATP結合能力を回復するために計算設計を使用しました。₁-ATPase。 まず、設計された部位の結合力をＸ線結晶学を通して実験的に明らかにした。 「X線構造は、結合部位がうまく設計され、天然タンパク質に組み込まれ、機能を果たすことを示しています。 材料構造科学研究所の副教授の田中美弘氏は述べた。 次に、X線結晶学分析による単一分子実験で設計されたアロステリック部位へのATPの結合がこのVを増加させることがわかりました。₁野生型と比較した活性および回転速度は、ATPの結合親和性を調節することによって調整することができます。 チームは回転モーターで協同性を創出した。 さらに、チームが設計したアロステリーは、野生型に比べて回転を減速することなく加速しました。

我々が知る限り、タンパク質工学による回転分子モーターの加速は最初の成果である。 これは現場で興味深い結果です。」

井野両太国立自然科学研究所教授

類似活性部位は自然界に広がっており、そのアプローチは、タンパク質複合体の共同機能のアロステリック制御をプログラムする手段としての可能性を示している。 さらに、タンパク質設計方法は、失われた機能を復元するだけでなく、他のリガンドの結合部位を設計することもできます。 「私たちの戦略は、原則として、さまざまな種類のタンパク質複合体にアロステリックサイトを作成することを可能にします。新機能を擬似活性部位として設計しようとしています.私たちの目標の1つは、すべてのタンパク質複合体の調和した機能を人工的に制御し、アロステリーの一般的なメカニズムを明らかにすることです.」高宏は言った。

研究チームには、分子科学研究所（IMS）国立自然科学研究所（NINS）の高浩浩、生命・生活システムに関する探索的研究センター（ExCELLS）NINS、SOKENDAI（高等研究大学院）、PRESTOが含まれます。 日本科学技術庁; IMS NINSとSOKENDAIのTatsuya IidaとRyota Iino; 高エネルギーアクセラレーター研究組織（KEK）材料構造科学研究所のMiki Tanabe。 IMS NINS、ExCELLS NINS、SOKENDAI、大阪大学のノブヤスコガ。

本研究は、イノベーション分野「分子エンジン」に対する科学研究補助金、日本科学技術庁「胚科学技術のための先行研究」、国立自然科学研究所、岡崎統合生命科学研究所。 Ｘ線結晶学のための回折実験は、部分的にＡＭＥＤ－ＢＩＮＤＳが支援するＫＥＫフォトンファクトリＢＬ－１Ａで行われた。 計算は、日本の岡崎にある計算科学研究センターを使用して行われました。