タンパク質タンデムリピート

タンパク質タンデムリピートの配列は、同じまたは類似の配列モチーフを持つ複数の（少なくとも2つの）隣接するコピーとして定義されます。これらの周期的な配列は、コーディングゲノム配列と非コーディングゲノム配列の両方で内部重複によって生成されます。タンパク質タンデムリピートの反復単位は、単一のアミノ酸の繰り返しから100以上の残基のドメインまで、かなり多様です。^{[1] [2]}

タンパク質における「反復」とは、同一または非常に類似した形で、配列内で複数回繰り返される配列ブロックです。類似性の程度は非常に多様であり、一部の反復では、保存されたアミノ酸位置と特徴的な長さがわずかに維持されます。高度に退化した反復は、配列のみから検出するのが非常に困難です。構造の類似性は、配列内の反復パターンを識別するのに役立ちます。

反復性自体は、タンパク質の構造について何も示しません。「経験則」として、短い反復配列 (たとえば、10 アミノ酸未満の長さのもの) は本質的に無秩序であり、折り畳まれた タンパク質ドメインの一部ではない可能性があります。少なくとも 30 から 40 アミノ酸の長さの反復は、ドメインの一部として折り畳まれる可能性がはるかに高くなります。このような長い反復は、タンパク質にソレノイド ドメインが存在することを示すことがよくあります。

タンデムリピート領域の約半分は、自然に展開した本質的に無秩序な構造を持っています。 ^{[3] [4] [5]}無秩序な反復配列の例には、RNAポリメラーゼIIのRPB1サブユニットに見られる7マーペプチドリピート、^[6]またはAPC（大腸腺腫性ポリポーシス）のタンデムβ-カテニンまたはアキシン結合線状モチーフが含まれます。 ^{[7]安定した}3D構造を持つ領域の残り半分は、さまざまな形状と機能を持っています。^{[8] [9]}秩序だった構造を示す短いリピートの例には、3残基のコラーゲンリピートまたはβヘリックス構造を形成する5残基のペンタペプチドリピートが含まれます。

反復単位の長さに応じて、タンパク質構造は5つのクラスに分類されます。^{[8] [9]}

1. 1または2残基の長い繰り返し領域によって形成された結晶凝集体、典型的な低複雑性領域
2. 3～7残基の繰り返しによる鎖間相互作用によって安定化された繊維構造
3. ソレノイドタンパク質が主成分の5～40残基の繰り返し構造
4. 環状反復として30～60残基の反復を持つ閉じた（伸長していない）構造
5. 典型的な繰り返しサイズが 50 残基を超えるストリング構造上のビーズは、すでに安定なドメインに独立して折り畳まれるのに十分な大きさです。

タンデムリピートを持つタンパク質のよく知られた例としては、細胞外マトリックスの配置に重要な役割を果たすコラーゲン、構造化およびオリゴマー化機能を持つαヘリックスコイルドコイル、凹面によって一部の球状タンパク質に特異的に結合するロイシンリッチリピートタンパク質、およびDNAに結合して遺伝子の発現を制御するジンクフィンガータンパク質などがあります。

タンデムリピートタンパク質はタンパク質間相互作用モジュールとして機能することが多い。WD40リピートはこの機能の代表的な例である。^[10]

タンデムリピートはプロテオーム中に遍在し、全タンパク質の少なくとも14%に存在します。^[11]例えば、タンデムリピートはヒトタンパク質のほぼ3分の1に存在し、熱帯熱マラリア原虫や粘菌性粘菌のタンパク質の2分の1にも存在します。^{[11] [12]}短い反復単位（特にホモリピート）を持つタンデムリピートは、他のタンデムリピートよりも頻繁に見られます。^[11]

タンパク質のタンデムリピートは、配列から検出することも、構造から注釈を付けることもできます。リピートタンパク質の同定には特殊な方法が構築されています。^[13]

^{相同性検索[14]}またはドメイン割り当て^{[15] [16]}に基づく配列ベースの戦略は、高度に退化した繰り返し単位の存在により、TR を過小評価することがほとんどです。^[17]ヒトプロテオームの Pfam カバレッジを理解し改善するための最近の研究^[17]では、Pfam で注釈が付けられていない 10 個の最大の配列クラスターのうち 5 つが繰り返し領域であることが示されました。 あるいは、反復サブストリングの検出に事前の知識を必要としない方法は、自己比較^{[18] [19]} 、クラスタリング^{[20] [21] 、または隠れマルコフモデル[22] [23]}に基づくことができます。他のいくつかの方法は、複雑性の測定^[13]に依存したり、メタ検索を利用して異なるソースからの出力を組み合わせたりします。^{[24] [25]}

構造ベースの方法は、代わりに利用可能なPDB構造のモジュール性を活用して反復要素を認識します。^{[26] [27] [28] [29] [30]}

• RepeatsDB: 注釈付きタンデムリピートタンパク質構造のデータベース