β-ヘアピンチロシンペアの貢献を、長寿命のヒトγDクリスタリンの折りたたみと安定性に分析する

ヒトレンズ結晶タンパク質への紫外線誘発による損傷と凝集は、加齢性白内障への重要な経路であると考えられています。重複したギリシャのγ-クリスタリンのギリシャの主要なドメイン内の芳香族残基は、主要な紫外線吸収体であり、直接的および間接的な紫外線損傷の影響を受けやすい。以前の部位指向の突然変異誘発研究では、N末端ドメイン（N-TD）およびC末端ドメイン（C-TD）で、それぞれHγDクライの全体的な安定性への寄与において、それぞれ2つの高度に保存された相同性β-ヘアピンTyrペアの顕著な違いが明らかになりましたが、それぞれ謎の違いがあるのです。この論文では、基礎となる分子メカニズムと、これら2つのTyrペアの大規模分子動力学シミュレーションの詳細な寄与を体系的に調査しました。N-TD、C-TD、またはその両方で、一連の異なるチロシンからアラニン対アラニンのペアの置換が実施されました。我々の結果は、N-TDのY45A/Y50Aペアの置換が主にN-TD自体の安定性に影響し、C-TDのY133A/Y138Aペアの置換はN-TDとC-TDの両方のより協力的な展開につながることを示唆しています。N-TDのモチーフ2の安定性は主にドメイン間インターフェイスによって決定されますが、N-TDのモチーフ1またはC-TDのモチーフ3および4は、主にドメイン内の疎水性コアによって安定化されます。任意のチロシンペアの損傷は、界面で疎水性コアに見かけの水漏れを直接導入することができます。これにより、N-TDの安定性に深刻な損失が生じます。ただし、C-TD置換の場合、野生型における安定した「サンドイッチのような」Y13333333333-R167-Y138クラスター（陽イオンとπ相互作用を介して）（陽イオン-π相互作用を介して）を野生型にさらに損なう可能性があり、残基A138の近くのループ領域のループ領域を大幅な膨大な変動を引き起こします。安定性。これらの発見は、これらの2つのTyrペアが、非常に相同な性質にもかかわらず、全体的なタンパク質の安定性への貢献に顕著な違いを示す理由に関する「謎」を解決するのに役立ちます。

Ultraviolet-radiation-induced damage to and aggregation of human lens crystallin proteins are thought to be a significant pathway to age-related cataract. The aromatic residues within the duplicated Greek key domains of γ- and β-crystallins are the main ultraviolet absorbers and are susceptible to direct and indirect ultraviolet damage. The previous site-directed mutagenesis studies have revealed a striking difference for two highly conserved homologous β-hairpin Tyr pairs, at the N-terminal domain (N-td) and C-terminal domain (C-td), respectively, in their contribution to the overall stability of HγD-Crys, but why they behave so differently still remains a mystery. In this paper, we systematically investigated the underlying molecular mechanism and detailed contributions of these two Tyr pairs with large scale molecular dynamics simulations. A series of different tyrosine-to-alanine pair(s) substitutions were performed in either the N-td, the C-td, or both. Our results suggest that the Y45A/Y50A pair substitution in the N-td mainly affects the stability of the N-td itself, while the Y133A/Y138A pair substitution in the C-td leads to a more cooperative unfolding of both N-td and C-td. The stability of motif 2 in the N-td is mainly determined by the interdomain interface, while motif 1 in the N-td or motifs 3 and 4 in the C-td are mainly stabilized by the intradomain hydrophobic core. The damage to any tyrosine pair(s) can directly introduce some apparent water leakage to the hydrophobic core at the interface, which in turn causes a serious loss in the stability of the N-td. However, for the C-td substitutions, it may further impair the stable "sandwich-like" Y133-R167-Y138 cluster (through cation-π interactions) in the wild-type, thus causing the loop regions near the residue A138 to undergo large fluctuations, which in turn results in the intrusion of water into the hydrophobic core of the C-td and induces the C-td to lose its stability. These findings help resolve the "mystery" on why these two Tyr pairs display such a striking difference in their contributions to the overall protein stability despite their highly homologous nature.