Sulfolobus Islandicusからの非常に安定した二量体DNA結合タンパク質の構造ベースの安定性分析

ORF56は、Archaeon sulfolobus ashidicusの小さくて熱力学的に非常に安定した二量体タンパク質です。このDNA結合タンパク質はプラスミドPRN1にコードされ、プラスミドのコピー数を制御する可能性があります。溶液NMR構造と、リボンヘリックスヘリックスフォールドを含むORF56の結晶構造を報告します。ホモダイマーは、モノマーごとに逆平行間サブユニット間ベータシートと2つのアルファヘリックスで構成されています。これは、プラスミドおよびファージエンコードされた遺伝子調節タンパク質の一般的なDNA結合foldです。ORF56とそのプロモーター結合部位に由来する二本鎖DNAを用いたNMR滴定実験により、それは主にDNAと相互作用するベータシートであることが明らかになりました。ベータシートは、中球性および高血圧性生物からのDNA結合リボンヘリックスヘリックス二量体の間で保存されている高い局所変動を経験します。対照的に、H-D交換に対して強く保護された残基はヘリックス2に局在しており、二量体の疎水性分子間核を形成します。分子間結合表面の構造ベースの比較と、さまざまなリボンヘリックスヘリックスダイマーとギブス自由エネルギーの変化とM値を展開する際のアクセス可能な表面積の変化は、これらの表面領域の疎水性と安定性の相関関係を示しています。これらの発見は、DNA結合能力が保持されたORF56の非常に高い熱力学的安定性について考えられる説明を提供します。

ORF56 is a small and thermodynamically extremely stable dimeric protein from the archaeon Sulfolobus islandicus. This DNA binding protein is encoded on plasmid pRN1 and possibly controls the copy number of the plasmid. We report the solution NMR structure as well as the crystal structure of ORF56 comprising a ribbon-helix-helix fold. The homodimer consists of an antiparallel intersubunit beta-sheet and two alpha-helices per monomer, which is a common DNA binding fold of plasmid- and phage-encoded gene regulation proteins. NMR titration experiments with ORF56 and double-stranded DNA derived from its promoter binding site revealed that it is largely the beta-sheets that interact with the DNA. The beta-sheet experiences high local fluctuations, which are conserved among DNA binding ribbon-helix-helix dimers from mesophilic and hyperthermophilic organisms. In contrast, residues strongly protected against H-D exchange are localized in helix 2, forming the hydrophobic intermolecular core of the dimer. A structure-based comparison of the intermolecular binding surface and the change in accessible surface area upon unfolding of various ribbon-helix-helix dimers with the Gibbs free energy changes and m values show a correlation between hydrophobicity of these surface areas and stability. These findings provide possible explanations for the very high thermodynamic stability of ORF56 with retained DNA binding capacity.