細菌アミノ酸化学受容体TSRおよびTARにおける差次的に配置された一般的なリガンド結合残基によって決定されるリガンド特異性

大腸菌は、異なるリガンド特異性、L-アスパラギン酸のTAR、L-セリンのTSRを備えたアミノ酸化学受容器を密接に関連しています。TARのリガンド結合ドメインの結晶学は、アスパラギン酸と相互作用する残基を同定し、そのほとんどはTSRで保存されています。ただし、TSRとTARの間に保存されていない残基を交換しても、リガンドの特異性は変化しませんでした。キメラ受容体を使用した分析により、保存されたリガンド結合残基の明確な3次元配置がリガンド特異性に関与するという仮説を立てました。この仮説をテストするために、TSRのリガンド結合ドメインのアポおよびセリン結合型の構造は、それぞれ1.95および2.5Åの解像度で決定されました。TSR残基のいくつかは、対応するアスパラギン酸結合残基のTARのアスパラギン酸塩結合残基とは異なって配置され、高親和性セリン結合ポケットを形成します。TSRのリガンド結合ポケットは、負に帯電した残基に囲まれており、おそらく負に帯電したアスパラギン酸分子を除外しています。これらのTSRおよびTAR固有の機能はすべて、セリンとアスパラギン酸の特定の認識に寄与し、残基68（TSRのASNおよびSER）の側鎖の配置が最も重要であることを提案します。

Escherichia coli has closely related amino acid chemoreceptors with distinct ligand specificity, Tar for l-aspartate and Tsr for l-serine. Crystallography of the ligand-binding domain of Tar identified the residues interacting with aspartate, most of which are conserved in Tsr. However, swapping of the nonconserved residues between Tsr and Tar did not change ligand specificity. Analyses with chimeric receptors led us to hypothesize that distinct three-dimensional arrangements of the conserved ligand-binding residues are responsible for ligand specificity. To test this hypothesis, the structures of the apo- and serine-binding forms of the ligand-binding domain of Tsr were determined at 1.95 and 2.5 Å resolutions, respectively. Some of the Tsr residues are arranged differently from the corresponding aspartate-binding residues of Tar to form a high affinity serine-binding pocket. The ligand-binding pocket of Tsr was surrounded by negatively charged residues, which presumably exclude negatively charged aspartate molecules. We propose that all these Tsr- and Tar-specific features contribute to specific recognition of serine and aspartate with the arrangement of the side chain of residue 68 (Asn in Tsr and Ser in Tar) being the most critical.