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| WDドメイン、G-βリピート | |||||||||
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 Tup1（酵母の転写コリプレッサー）のC末端WD40ドメインのリボン図。7枚羽根のβプロペラフォールドを採用しています。リボンは青（N末端）から赤（C末端）に色分けされています。PDB 1erj [1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | WD40 | ||||||||
| パム | PF00400 | ||||||||
| ファム一族 | CL0186 | ||||||||
| エコド | 5.1 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| プロサイト | PDOC00574 | ||||||||
| SCOP2 | 1gp2 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| 医療機器 | cd00200 | ||||||||
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構造生物学において、ベータプロペラ（βプロペラ）は、中心軸の周りに環状に配置された4〜8個の高度に対称的なブレード形状のベータシートを特徴とする、全βタンパク質構造の一種です。ベータシートは一緒に漏斗状の活性部位を形成します。
構造
各ベータシートは、典型的には、ベータジグザグモチーフに配置された4つの反平行 βストランドを有する。 [2]ストランドは、第1ストランドと第4ストランドが互いにほぼ垂直になるようにねじれている。[3]ベータプロペラには5つのクラスがあり、それぞれの配置は4～8個のベータシートを持つ高度に対称的な構造であり、それらはすべて、通常、擬似対称軸を生み出す中央トンネルを形成する。[2]
タンパク質のリガンド結合のための公式の活性部位は、個々のβストランド間のループによって中央トンネルの一端に形成されるが、タンパク質間相互作用はドメイン周辺の複数の領域で発生する可能性がある。βシートとβストランドのパッキングと傾きに応じて、βプロペラはトンネルの代わりに中央ポケットを持つ場合がある。[4]
ベータプロペラ構造は主にベータシートの疎水性相互作用によって安定化されるが、C末端とN末端のベータシート間に形成される水素結合によってさらなる安定性が得られる可能性がある。実際、これはジスルフィド結合を介して4ブレードタンパク質でさらに強く起こり得る環を閉じる。[2]シャペロンHsp70とCCTは、リボソームから出現する新生ベータプロペラに順次結合することが示されている。これらのシャペロンは、ベータプロペラ全体が合成されるまで、非ネイティブなブレード間相互作用の形成を防ぐ。[5]多くのベータプロペラは、発現のためにCCTに依存している。[6] [7] [8]少なくとも1つのケースでは、イオンがベータプロペラの中央トンネルの奥深くに結合することで安定性を高めることが示された。[4]
ムルジンはベータプロペラの構造原理を説明する幾何学モデルを提案した。[9]このモデルによれば、7枚羽根のプロペラは幾何学的に最も好ましい配置であった。
高度に保存された性質にもかかわらず、ベータプロペラは可塑性があることでよく知られています。ドメインごとに許容されるベータシートの多様性に加えて、ベータシートに他のドメインを収容することもできます。さらに、ベータシートあたりのベータストランドの数にばらつきがあることが示されたタンパク質もあります。シートあたり一般的な4つのベータストランドではなく、ベータラクタマーゼ阻害タンパク質-IIはシートあたり3つのベータストランドしか持たず、バチルス・サブチリスのフィターゼはベータシートあたり5つのベータストランドを持っています。[2]
関数
その構造と可塑性により、ベータプロペラの上面、底面、中央チャネル、側面でタンパク質間相互作用を形成することができる。 [4]プロペラの機能は、ブレードの数によって異なる。4枚羽根のベータプロペラは主に輸送タンパク質として機能し、その構造上、基質結合に好ましい立体配座を有する。[4]より大きなベータプロペラとは異なり、4枚羽根のベータプロペラは通常、それ自体では触媒作用を行うことができないが、代わりに前述の機能を実行することにより触媒作用を助けるように作用する。5枚羽根のプロペラは、トランスフェラーゼ、加水分解酵素、および糖結合タンパク質として機能することができる。[4] 6枚羽根および7枚羽根のプロペラは、4枚羽根および5枚羽根のプロペラと比較して、はるかに多様な機能を果たす。これらの機能には、リガンド結合タンパク質、加水分解酵素、リアーゼ、イソメラーゼ、シグナリングタンパク質、構造タンパク質、および酸化還元酵素として機能することが含まれる。[ 4 ]
より大きな（5～8枚の羽根を持つ）ベータプロペラのバリエーションにより、さらに特殊な機能を実現できます。これは、DNAの結合に最適な正電荷を帯びた表面を呈するGyrAのC末端領域の場合です。血清パラオキソナーゼの6枚の羽根を持つベータプロペラから伸びる2つのアルファヘリックスは、膜を固定するのに最適な疎水性領域を提供する可能性があります。DNA損傷結合タンパク質1には3つのベータプロペラがあり、そのうち2つのプロペラ間の接続が3番目のプロペラに挿入され、独自の機能を実現できる可能性があります。[4]
臨床的意義
- ベータプロペラタンパク質関連神経変性症（BPAN）は、早期発作、発達遅延、知的障害を特徴とする疾患です。加齢とともに、筋肉や認知機能の退化も起こる可能性があります。この疾患の男性と女性の両方で、 WDR45遺伝子の変異が確認されています。[10]
- 家族性高コレステロール血症は、少なくとも1つのβプロペラを持つタンパク質である低密度リポタンパク質受容体（LDLR）をコードする遺伝子の変異によって引き起こされるヒトの遺伝病です。この病気は、低密度リポタンパク質（LDL）とコレステロールの濃度の上昇を引き起こし、冠動脈アテローム性動脈硬化症などのさらなる結果につながる可能性があります。確認された変異は、βプロペラのブレード間の水素結合を妨げることが示されています。[2]
- ベータプロペラはタンパク質工学においていくつかのケースで使用されています。例えば、吉田らは、6枚羽根のベータプロペラを持つグルコース脱水素酵素（GDH）を用いて、グルコースセンサーとしての使用に最適な酵素を開発しました。彼らは、より高い熱安定性、より高い補因子結合安定性、および増加した基質特異性を持つGDHキメラを設計することに成功しました。これらの特性は、ベータプロペラのC末端の変異による疎水性相互作用の増加に起因していました。[2]
- インフルエンザウイルス ノイラミニダーゼのβプロペラドメインは、薬物設計によく使用されます。この酵素の研究を通じて、研究者はインフルエンザノイラミニダーゼを効果的に阻害し、結果としてインフルエンザ感染の進行を遅らせたり止めたりするインフルエンザノイラミニダーゼ阻害剤を開発しました。[2]
例
- インフルエンザウイルスタンパク質ウイルスノイラミニダーゼは、6枚羽根のβプロペラタンパク質で、活性型は四量体です。[11]これはウイルスエンベロープに存在する2つのタンパク質のうちの1つであり、細胞膜タンパク質からシアリン酸部分を切断する触媒として働き、新たに生成されたウイルス粒子が以前に感染していない細胞に標的化されるのを助けます。 [12]
- WD40リピートはベータトランスデューシンリピートとも呼ばれ、主に真核生物に見られる短い断片です。[13] [14]通常、7〜8枚のブレードを持つベータプロペラを形成しますが、タンパク質間相互作用に重要な4〜16の繰り返し単位を持つ構造ドメインを形成することも示されています。WD40タンパク質モチーフは、シグナル伝達、転写調節、細胞周期の調節など、さまざまな機能に関与しています。また、タンパク質間相互作用の場としても機能し、タンパク質複合体の組み立てにも役割を果たします。これらの構造ドメインの特異性は、タンパク質自体の外側の配列によって決まります。[15]
- ベータプロペラはLDLRの重要な構成要素であり、pHに基づく構造変化を助ける。中性pHでは、LDLRは伸長した線形構造をとり、リガンド（PCSK9）と結合することができる。酸性pHでは、線形構造はヘアピン構造に変化し、リガンド結合部位がベータプロペラに結合してリガンド結合を防ぐ。[16] [17]
- ベータプロペラフィターゼは、 6枚羽根のβプロペラ構造からなる。フィターゼは、植物におけるリン酸貯蔵の主要な形態であるフィチン酸のエステル結合を加水分解できるホスファターゼである。このプロセスにより、通常家畜が利用できないリン酸が利用可能になる。ほとんどの家畜飼料には無機リン酸が添加されており、これが排泄されると環境汚染を引き起こす可能性がある。家畜飼料にリン酸の代わりにフィターゼを添加すると、動物は植物質にすでに存在するリン酸を分解できるようになる。これにより、理論的には排泄される過剰なリン酸が減るため、汚染が軽減される。[18]
ドメイン
ベータプロペラに折り畳まれることが知られている反復ドメインには、WD40、YWTD、Kelch、YVTN、RIVW（PD40）などがあります。これらの配列はグループ化される傾向があり、密接な進化的つながりを示唆しています。また、多くのベータ含有ドメインとも関連しています。[19]
参考文献
- ^ Sprague ER、Redd MJ、Johnson AD 、Wolberger C (2000 年 6 月)。「酵母の転写コリプレッサーで あるTup1 の C 末端ドメインの構造」。The EMBO Journal。19 ( 12): 3016–27。doi :10.1093 / emboj/19.12.3016。PMC 203344。PMID 10856245。
- ^ abcdefg 「ベータプロペラ：関連する機能とヒト疾患における役割」。ResearchGate 。 2018年11月17日閲覧。
- ^ Kuriyan, Konforti, Wemmer, John, Boyana, David (2013).生命の分子: 物理的および化学的原理ニューヨーク: Garland Science. pp. 163–164. ISBN 9780815341888。
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- ^ Ludlam, WG; Aoba, T; Cuéllar, J; Bueno-Carrasco, MT; Makaju, A; Moody, JD; Franklin, S; Valpuesta, JM; Willardson, BM (2019-11-01). 「Bardet-Biedl症候群タンパク質2-7-9サブ複合体の分子構造」. The Journal of Biological Chemistry . 294 (44): 16385–16399. doi : 10.1074/jbc.RA119.010150 . hdl : 10261/240872 . PMC 6827290. PMID 31530639 .
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- ^ Zhang DW、Garuti R、Tang WJ、Cohen JC、Hobbs HH (2008 年 9 月)。「PCSK9 による低密度リポタンパク質受容体の分解に必要な構造」。米国 科学アカデミー紀要。105 ( 35): 13045–50。Bibcode :2008PNAS..10513045Z。doi : 10.1073 / pnas.0806312105。PMC 2526098。PMID 18753623。
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さらに読む
- Branden C、Tooze J. (1999)。タンパク質構造入門第2版。Garland Publishing: ニューヨーク、NY。
外部リンク
- SCOP 4 ブレード ベータ プロペラ 2016-03-04 にWayback Machineでアーカイブ
- SCOP 5 ブレード ベータ プロペラ 2016-03-04 にWayback Machineでアーカイブ
- SCOP 6 ブレード ベータ プロペラ 2017-03-24 にWayback Machineでアーカイブ
- SCOP 7 ブレード ベータ プロペラ 2017-03-24 にWayback Machineでアーカイブ
- SCOP 8 ブレード ベータ プロペラ 2016-03-04 にWayback Machineでアーカイブ