保存的変異MET8-> LEUは、スカッシュトリプシン阻害剤CMTI-Iの折り畳みプロセスと構造的安定性に影響します

タンパク質分子は、安定性と折りたたみ式の速度に顕著な影響を及ぼさずに、多数の変異に対応できます。一方、いくつかの変異は、タンパク質立体構造特性に非常に強い影響を与える可能性があります。このような突然変異は、二次構造、例えばアルファヘリックスの不安定化のいずれかであり、タンパク質疎水性コアの密接な梱包と互換性がないか、ジスルフィドクロスリンク、塩橋、水素結合、芳香族接触などのいくつかの特定の相互作用の破壊につながります。CMTI-IにおけるMet8-> Leu変異は、タンパク質構造の有意な不安定化をもたらします。突然変異は非常に保守的であり、残基8の側鎖がタンパク質表面に位置するため、この効果はほとんど予想されませんでした。タンパク質の不安定化は、残基8、ILE6、およびLEU17の側鎖によって形成された疎水性クラスターの再配置によって引き起こされることを示しています。クラスター内に埋め込まれた疎水性表面。突然変異は、タンパク質の折りたたみも浸透します。好気性条件では、野生型タンパク質の減少はその在来構造に効果的に折りたたまれますが、変異体分子の75％以上がさまざまな誤って折り畳まれた種に閉じ込められています。この研究の主な結論は、疎水性残基の保守的な変異がタンパク質表面に位置し、部分的に水がアクセス可能であっても、タンパク質構造を不安定にすることができるということです。そのような残基によって形成された小さな疎水性クラスターの構造的再配列は、タンパク質の水和の局所的な変化につながり、その結果、かなりのタンパク質の安定性と折り畳みプロセスに影響を与える可能性があります。

Protein molecules can accommodate a large number of mutations without noticeable effects on their stability and folding kinetics. On the other hand, some mutations can have quite strong effects on protein conformational properties. Such mutations either destabilize secondary structures, e.g., alpha-helices, are incompatible with close packing of protein hydrophobic cores, or lead to disruption of some specific interactions such as disulfide cross links, salt bridges, hydrogen bonds, or aromatic-aromatic contacts. The Met8 --> Leu mutation in CMTI-I results in significant destabilization of the protein structure. This effect could hardly be expected since the mutation is highly conservative, and the side chain of residue 8 is situated on the protein surface. We show that the protein destabilization is caused by rearrangement of a hydrophobic cluster formed by side chains of residues 8, Ile6, and Leu17 that leads to partial breaking of a hydrogen bond formed by the amide group of Leu17 with water and to a reduction of a hydrophobic surface buried within the cluster. The mutation perturbs also the protein folding. In aerobic conditions the reduced wild-type protein folds effectively into its native structure, whereas more then 75% of the mutant molecules are trapped in various misfolded species. The main conclusion of this work is that conservative mutations of hydrophobic residues can destabilize a protein structure even if these residues are situated on the protein surface and partially accessible to water. Structural rearrangement of small hydrophobic clusters formed by such residues can lead to local changes in protein hydration, and consequently, can affect considerably protein stability and folding process.