ジェリーロールの折り方

ジェリーロールフォールドまたはスイスロールフォールドは、2枚の4本鎖シートに配置された8つのベータストランドで構成されるタンパク質フォールドまたは超二次構造です。この構造の名前は、ジェリーまたはスイスロールケーキに似ていることから、1981年にジェーン・S・リチャードソンによって導入されました。[2] このフォールドはギリシャの鍵モチーフを詳しく説明したもので^、ベータバレルの一形態と見なされることもあります。ウイルスタンパク質、特にウイルスカプシドタンパク質で非常に一般的です。^{[3] [4]}ジェリーロール構造とギリシャの鍵構造を合わせると、タンパク質構造分類（SCOP）データベースに注釈が付けられている全ベータタンパク質の約30％を占めます。^[5]

基本的なジェリーロール構造は、疎水性界面を挟んで互いに詰まった2 つの 4 本鎖の平行ベータシートに配列された 8 つのベータ鎖で構成されています[引用元... uniprot]。この鎖は、トマトブッシースタントウイルスのジェリーロールカプシドタンパク質の最初の構造が、フォールドの共通コアの外側に追加の鎖 A を持っていたことから、歴史的に B から I までラベル付けされています。^{[6] [7]}シートは BIDG および CHEF 鎖で構成され、鎖 B が鎖 C の反対側に、I が鎖 H の反対側に、というように折り畳まれています。^{[4] [8]}

多くのウイルスは、単一または二重のゼリーロールフォールドを含むタンパク質から外部カプシドを構築します。この共有カプシド構造は、細胞生命の最後の普遍的共通祖先（LUCA）以前にまで遡る古代の進化関係を反映していると考えられています。^{[8] [9] [10]}他のウイ​​ルス系統は、進化的に無関係なタンパク質を使用して封入カプシドを構築します。これは、細胞起源のタンパク質と関連しながら、少なくとも2回^{[9] [11]}、おそらくは何度も独立して進化した可能性があります。^[12]

単一のジェリーロールカプシド（JRC）タンパク質は、少なくとも16の異なるウイルスファミリーに存在し、そのほとんどは二十面体のカプシド構造を持ち、RNAウイルスとDNAウイルスの両方が含まれます。^[13]単一のジェリーロールカプシドを持つウイルスの多くは、プラス鎖一本鎖RNAウイルスです。単一のJRCカプシドを持つ二本鎖DNAウイルスの2つのグループは、パピローマウイルス科とポリオマウイルス科で、どちらもかなり小さなカプシドを持っています。これらのウイルスでは、組み立てられたカプシドの構造により、ジェリーロールの軸がカプシド表面に対して平行または「水平」に配向されます。^[11]ウイルスカプシド成分の大規模な分析により、単一の水平ジェリーロールがカプシドタンパク質の中で最も一般的で、既知の例の約28％を占めていることが示唆されました。^[12]

別のグループのウイルスは、カプシドに単一のジェリーロールタンパク質を使用していますが、水平方向ではなく垂直方向になっています。これらのウイルスは、PRD1アデノウイルスウイルス系統として知られる二重ジェリーロールウイルスの大きなグループと進化的に関連しており、異なる遺伝子から発現した2つの異なる単一ジェリーロール主要カプシドタンパク質の組み立てによって同様のカプシド構造が実現されています。^{[14] [15]これらの単一の垂直ジェリーロールウイルスは}、ヘルベチアウイルス科の分類群を構成しています。^{[16]垂直の単一のジェリーロールカプシドを持つ既知のウイルスは、}極限環境性 原核生物に感染します。^{[14] [12]}

二重ゼリーロールカプシドタンパク質は、短いリンカー領域でつながれた2つの単一ゼリーロールフォールドで構成されています。これらは、少なくとも10の異なるウイルスファミリーの二重鎖DNAウイルスと一本鎖DNAウイルスの両方に見られ、これにはすべての生命ドメインに感染するウイルスが含まれており、カプシドのサイズ範囲は広範囲にわたります。^{[4] [11] [18]}二重ゼリーロールカプシド構造では、ゼリーロール軸はカプシド表面に対して垂直または「垂直」に向いています。^[19]

二重ジェリーロールタンパク質は、遺伝子重複によって単一のジェリーロールタンパク質から進化したと考えられている。^{[11] [19]}垂直な単一のジェリーロールウイルスは過渡的な形態を表し、垂直および水平のジェリーロールカプシドタンパク質は祖先の細胞タンパク質から独立した進化の起源を持つ可能性が高い。^[12]二重ジェリーロールウイルスカプシド間の構造的類似性の程度から、これらのウイルスは、サイズや宿主域の多様性にもかかわらず、共通の進化の起源を持つ可能性が高いという結論に至り、これはPRD1-アデノウイルス系統（バンフォードウイルス科）として知られるようになった。^{[19] [16] [20] [21]}このグループの多くのメンバーはメタゲノミクスを通じて特定されており、場合によっては他のウイルス遺伝子がほとんどないか全くない。^{[12] [22]}このグループのほとんどのメンバーは正二十面体のカプシド形状をしているが、ポックスウイルス科やアスコウイルス科などのいくつかの科は、楕円形またはレンガ形の成熟したビリオンを持つ。ワクシニアなどのポックスウイルスは、成熟の過程で高度に派生した二重ゼリーロールタンパク質によって媒介される劇的な構造変化を起こし、おそらく二十面体の祖先に由来する。^{[11] [23]共有された二重ゼリーロールカプシドタンパク質は、他の相同タンパク質とともに、}核細胞質大型DNAウイルス（NCLDV）を含む提案されたメガウイルス目を 支持するためにも引用されている。 ^[24]

当初、二重ゼリーロールタンパク質は細胞タンパク質では観察されなかったため、ウイルスに特有のものであると考えられていました。^[11]しかし、2022年にタンパク質構造の比較により、二重ゼリーロールフォールドを持つ本物の細胞タンパク質のいくつかのファミリーが明らかになりました^[25]

単一のジェリーロールは、組み立てられたウイルス粒子の微量成分やポリヘドリンなどの非ウイルス粒子タンパク質を含む非カプシドウイルスタンパク質にも存在します。^[11]植物ウイルスでは、ウイルスゲノムまたはカプシド全体を細胞間輸送する役割を担う30Kスーパーファミリーの移動タンパク質は、単一のジェリーロールフォールドを持ち、小さな二十面体ウイルスのカプシドタンパク質から進化しました。^[26]

細胞起源のタンパク質には、シングルジェリーロールフォールドとダブルジェリーロールフォールドの両方が見られます。^{[11] [12] [25]シングルジェリーロールフォールドを持つ細胞タンパク質の1つのクラスは、}ヌクレオプラスミンであり、ヒストンをヌクレオソームに組み立てるための分子シャペロンタンパク質として機能します。ヌクレオプラスミンのN末端ドメインは、単一のジェリーロールフォールドを持ち、ペンタマーに組み立てられます。^{[27]それ以来、同様の構造が}クロマチンリモデリングタンパク質の他のグループで報告されています。^[28]同一のベータシート接続を持つジェリーロールモチーフは、腫瘍壊死因子リガンド^[29]や、スーパー抗原として知られるウイルスおよび細菌タンパク質のクラスに属する細菌Yersinia pseudotuberculosis由来のタンパク質にも見られます。^{[30] [31]}

より広い意味では、極めて多様なカップインスーパーファミリーのメンバーは、しばしばジェリーロールとして説明される。カップインドメイン構造の共通コアには6つのβストランドしか含まれていないが、多くのカップインは8つのβストランドを持っている。^[32]例としては、非ヘムジ オキシゲナーゼ酵素^{[33] [34]}（α-ケトグルタル酸依存性ヒドロキシラーゼを含む）やJmjCファミリーヒストン脱メチル化酵素が挙げられる。^{[35] [36]}

二重ゼリーロールフォールドを持つ細胞タンパク質には、DUF2961ファミリーのグリコシド加水分解酵素、ペプチド：N-グリコシダーゼF（PNGases F）、ペプチジルグリシンα-アミド化モノオキシゲナーゼなどがある。^[25]

PNGases Fと他の二重ゼリーロールタンパク質との顕著な違いは、カプシドタンパク質とDUF2961のF鎖とF'鎖に続くαヘリックスがないことである。PNGases Fの同等の領域は可変であり、長いループまたは挿入のいずれかを含む。対照的に、DUF2961タンパク質のゼリーロールドメインには、二重ゼリーロールフォールドのG鎖とG'鎖の上流に短いβヘアピンの挿入が含まれる。重要なのは、DUF2961ファミリータンパク質がウイルスのカプソマーに似た三量体を形成することである。^[25]

ジェリーロール構造とギリシャキー構造に分類されるタンパク質の比較研究は、ギリシャキータンパク質が、より位相的に複雑なジェリーロール構造のタンパク質よりもかなり早く進化したことを示唆している。^[5] ウイルスのカプシドジェリーロールタンパク質を他の既知の構造のタンパク質と比較した構造バイオインフォマティクス研究では、カプシドタンパク質は十分に分離されたクラスターを形成することが示されており、これらは独特の進化的制約を受けていることを示唆している。 ^{[4]ウイルスのカプシドジェリーロールタンパク質の最も注目すべき特徴の1つ}は、繰り返しタイルパターンでオリゴマーを形成して閉じたタンパク質シェルを生成する能力である。折り畳みと位相が最も類似している細胞タンパク質も、ほとんどがオリゴマーである。 [4]ウイルスのジェリーロールカプシドタンパク質は、細胞進化の最も初期の段階で、おそらくは複数の独立した機会に、細胞のジェリーロールタンパク質から進化したと提案されている。^[12]

「ジェリーロール」という名前は、1981年にジェーン・S・リチャードソンがギリシャの鍵モチーフを詳細に説明した構造に初めて使用され、その構造がゼリーやロールケーキに似ていることを反映したものであった。^[2]この構造には、ウェッジ、ベータバレル、ベータロールなど、さまざまな説明的な名前が付けられている。2枚のシートの端が合わさって規則的な水素結合パターンを形成することはないため、真のベータバレルとは見なされないことが多いが、^[3]この用語はウイルスのカプシド構造を説明する際によく使用されている。^{[14] [15]}ジェリーロールのような構造を含む細胞タンパク質は、カップインフォールド、JmjCフォールド、または二本鎖ベータヘリックスとして説明されることがある。^[34]

• 反平行βドメイン、ジェーン・S・リチャードソン著『タンパク質構造の解剖と分類』より
• アメリカ微生物学会が後援するブログ「Small Things Considered」のジャクリーン・ハンフリーズによる「The Jelly Roll of Life」