タンパク質ドメインスワッピングのトポロジー決定因子

タンパク質ドメインの交換は、さまざまなタンパク質で繰り返し観察されており、変異または環境の変化による不安定化に起因すると考えられています。私たちの研究や他の研究の結果に基づいて、ドメインに加工されたタンパク質の構造は主にネイティブトポロジによって決定されることを提案します。7つの異なるタンパク質の分子ダイナミクスシミュレーションを実行しました。これは、軽度の変性条件下で実験的にドメインスワッピングを受けることが知られており、すべてのケースで、単純なタンパク質モデルでタンパク質トポロジーを使用することにより要約できることがわかりました。私たちの研究はさらに、多くの場合、ドメインの交換が完全に展開する前にタンパク質が展開する傾向がある位置で発生することを示しました。これにより、ドメインスワッピングの原因となるタンパク質構造要素の予測が可能になりました。特に、焦点接着キナーゼの焦点接着ターゲティングドメインの2つの異なるドメインスワップダイマー立体構造が計算され、NMR分析から得られたデータによって実験的にサポートされました。

Protein domain swapping has been repeatedly observed in a variety of proteins and is believed to result from destabilization due to mutations or changes in environment. Based on results from our studies and others, we propose that structures of the domain-swapped proteins are mainly determined by their native topologies. We performed molecular dynamics simulations of seven different proteins, known to undergo domain swapping experimentally, under mildly denaturing conditions and found in all cases that the domain-swapped structures can be recapitulated by using protein topology in a simple protein model. Our studies further indicated that, in many cases, domain swapping occurs at positions around which the protein tends to unfold prior to complete unfolding. This, in turn, enabled prediction of protein structural elements that are responsible for domain swapping. In particular, two distinct domain-swapped dimer conformations of the focal adhesion targeting domain of focal adhesion kinase were predicted computationally and were supported experimentally by data obtained from NMR analyses.