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サイト特異的スピンラベリング（SDSL）は、電子スピン共鳴を用いてタンパク質の構造と局所的ダイナミクスを調べる技術である。SDSLの理論は、スピンラベルとアミノ酸の特異的反応に基づいている。スピンラベルに組み込まれたタンパク質構造は、EPR分光法によって検出することができる。SDSLは、タンパク質の折り畳み過程を調べるのにも役立つツールである。[1]
スピンラベリング
部位特異的スピンラベリング（SDSL）は、 WL Hubbell博士の研究室で開発されました。[2] [3] SDSLでは、部位特異的変異誘発 によって、組み換え発現タンパク質にスピンラベルの付着部位が導入されます。 スピンラベルに含まれる官能基がその特異性を決定します。中性pHでは、タンパク質チオール基はメタンチオスルホネート、マレイミド、ヨードアセトアミドの官能基と特異的に反応し、アミノ酸Cysと共有結合を形成します。[4] スピンラベルは常磁性（不対電子を含む）であるという点で、ユニークな分子レポーターです。スピンラベルは、1965年にHM McConnellの研究室で初めて合成されました。 [5] それ以来、さまざまなニトロキシドスピンラベルが、その安定性と単純なEPR信号のために、高分子の構造とダイナミクスの研究に広く使用されてきました。ニトロキシルラジカル（NO）は通常、複素環（ピロリジンなど）に組み込まれ、不対電子は主にNO結合に局在する。スピンラベルはタンパク質に組み込まれると、その動きはその局所環境によって決定される。スピンラベルは動きに非常に敏感であるため、EPRスペクトルに大きな影響を与える。[4] [6]
スピン標識法を用いて、多サブユニット膜タンパク質複合体の組み立ても研究されている。この技術を用いて、光合成反応中心である光化学系IのPsaCサブユニットとPsaAおよびPsaBサブユニットの結合が詳細に分析されている。[7]
ラルフ・ランゲン博士のグループは、SDSLとEPR（南カリフォルニア大学、ロサンゼルス校）を使用して、アミロイド線維の構造と膜結合型パーキンソン病タンパク質α-シヌクレインの構造を理解できることを示しました。[8] 2012年の研究では、SDSL、パルスEPR、計算生物学を組み合わせて、IAPP線維の高解像度構造が生成されました。[9]
参考文献
- ^ Oda, Michael N (2003). 「アポリポタンパク質 AI の C 末端ドメインには脂質感受性コンフォメーショントリガーが含まれている」。Nature Structural & Molecular Biology . 10 (6): 455–60. doi :10.1038/nsb931. PMID 12754494. S2CID 25438936.
- ^ Altenbach , C.; Flitsch, SL; Khorana , HG; Hubbell, WL (1989). 「膜貫通タンパク質の構造研究。2. ユニークなシステインにおけるバクテリオロドプシン変異体のスピン標識」。生化学。28 (19): 7806–7812。doi :10.1021/bi00445a042。PMID 2558712 。
- ^ Altenbach, C.; Marti, T.; Khorana, HG; Hubbell, WL (1990). 「膜貫通タンパク質構造: バクテリオロドプシン変異体のスピン標識」. Science . 248 (4959): 1088–192. Bibcode :1990Sci...248.1088A. doi :10.1126/science.2160734. PMID 2160734.
- ^ ab Klare, JP; Steinhoff, H.-J. (2009). 「スピンラベリングEPR」.光合成研究. 102 (2–3): 377–390. doi :10.1007/s11120-009-9490-7. PMID 19728138. S2CID 40673871.
- ^ Stone, TJ; Buckman, T.; Nordio, PL; McConnell, HM (1965). 「スピン標識生体分子」. Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 54 (4): 1010–1017. Bibcode :1965PNAS...54.1010S. doi : 10.1073 /pnas.54.4.1010 . PMC 219782. PMID 5219813.
- ^ Bordignon, E. ; Steinhoff, H.-J. (2007). 「サイト指向性スピン標識 ESR による膜タンパク質の構造とダイナミクスの研究」。Biological Magnetic Resonance 27 - ESR Spectroscopy in Membrane Biophysics . Biological Magnetic Resonance. 27 : 129–164. doi :10.1007/978-0-387-49367-1_5. ISBN 978-0-387-25066-3。
- ^ Jagannathan, B; Dekat, S; Golbeck, JH; Lakshmi, KV (2010). 「マルチサブユニット光合成膜タンパク質複合体の構築：光化学系 I の PsaC サブユニットの部位特異的スピン標識 EPR 分光法による研究」。生化学。49 ( 11 ) : 2398–2408。doi :10.1021/bi901483f。PMID 20158221 。
- ^ Chen, M.; Margittai, M.; Chen, J.; Langen, R. (2007). 「部位特異的スピン標識によるα-シヌクレイン線維構造の調査」J. Biol. Chem . 282 (34): 24970–24979. doi : 10.1074/jbc.M700368200 . PMID 17573347.
- ^ サハル州ベッドルード;イユ・リー; J. マリオ・アイサス;バラチャンドラ・G・ヘグデ。ウルリッヒ・バクサ;イアン・S・ハワース;ラルフ・ランゲン（2012年2月）。 「ヒト膵島アミロイドポリペプチドの原線維構造」。Ｊ．Ｂｉｏｌ．化学。287 (8): 5235–41。土井：10.1074/jbc.M111.327817。PMC 3285303。PMID 22187437。