NMR緩和によるタンパク質の回転相関時間の決定における潜在的なバイアスの評価

NMR緩和方法によるタンパク質の分子再配向を説明する相関時間の信頼性が高く効率的な決定に影響を与えるさまざまな要因を調べます。ユビキチンにおける15N NMR弛緩の核オーバーホーザー効果、スピン格子、およびスピンスピン緩和パラメーターは、17.6、14.1、11.7、9.4テスラで決定されています。この異常に広範な緩和パラメーターのセットは、化学シフト異方性の影響、モデルフリースペクトル密度の機能的形態、およびタンパク質のグローバルなタンブリングの特性評価における決定されたスピンスピン緩和パラメーターの信頼性を調べることができました。15N化学シフト異方性（CSA）を調整可能なパラメーターとして扱うこと、化学シフトテンソルの幅のための-170 +/- 15 ppmのコンセンサス値、およびモデルを使用する場合のグローバルな等方性相関時間が4.1 nsの場合が見つかりましたすべてのフィールドからのT1およびNOEデータを適合するスペクトル密度。全体的な相関時間の決定にT2緩和パラメーターを含めると、4.6 nsに増加します。この明らかな矛盾は、タンパク質のNMRと蛍光由来のタウM値の間によく見られる矛盾の大部分を説明するかもしれません。観察されたT2およびT1 rho値のほぼ同一性は、ゆっくりとした動きからの寄与が、得られたT1およびNOEデータとの見かけの矛盾の起源ではないことを示唆しています。さまざまな考慮事項は、この見かけの矛盾の起源が、これらの緩和パラメーターの測定に関連する通常の実験的困難に加えて、単純なモデルのない形式主義によって表されないゼロ周波数のスペクトル密度への寄与に存在する可能性があることを示唆しています。最後に、ユビキチンの軸方向の対称拡散テンソルは、T1とNOEのみのデータを使用して得られます。Tau M値を確実に決定するために使用できるリラクゼーションデータのタイプと組み合わせについて推奨されます。また、15N T1およびNOE緩和パラメーターからのタウM値の信頼できる決定は、タウMが増加するにつれてますます困難になることにも留意されています。

The various factors that influence the reliable and efficient determination of the correlation time describing molecular reorientation of proteins by NMR relaxation methods are examined. Nuclear Overhauser effects, spin-lattice, and spin-spin relaxation parameters of 15N NMR relaxation in ubiquitin have been determined at 17.6, 14.1, 11.7 and 9.4 Tesla. This unusually broad set of relaxation parameters has allowed the examination of the influence of chemical shift anisotropy, the functional form of the model-free spectral density, and the reliability of determined spin-spin relaxation parameters on the characterization of global tumbling of the protein. Treating the 15N chemical shift anisotropy (CSA) as an adjustable parameter, a consensus value of -170 +/- 15 ppm for the breadth of the chemical shift tensor and a global isotropic correlation time of 4.1 ns are found when using the model-free spectral density to fit T1 and NOE data from all fields. The inclusion of T2 relaxation parameters in the determination of the global correlation time results in its increase to 4.6 ns. This apparent inconsistency may explain a large portion of the discrepancy often found between NMR- and fluorescence-derived tau m values for proteins. The near identity of observed T2 and T1 rho values suggests that contributions from slow motions are not the origin of the apparent inconsistency with obtained T1 and NOE data. Various considerations suggest that the origin of this apparent discrepancy may reside in a contribution to the spectral density at zero frequency that is not represented by the simple model-free formalism in addition to the usual experimental difficulties associated with the measurement of these relaxation parameters. Finally, an axially symmetric diffusion tensor for ubiquitin is obtained using exclusively T1 and NOE data. A recommendation is reached on the types and combinations of relaxation data that can be used to reliably determine tau m values. It is also noted that the reliable determination of tau m values from 15N T1 and NOE relaxation parameters will become increasingly difficult as tau m increases.