アルドケト還元酵素の安定性に対するリガンド結合の影響：安定剤または不安定なシャペロンへの影響

酵素阻害剤などのリガンドは、ネイティブ状態に結合したときにタンパク質の天然の立体構造を安定化しますが、一部の化合物は、非ネイティブ状態に結合する際に天然の立体構造を不安定にします。前者のリガンドは「スタビライザーシャペロン」と呼ばれ、後者は「不安定なシャペロン」と呼ばれます。安定化効果は医療シャペロン（MC）仮説に不可欠であるため、ここでは、そのネイティブおよび非ネイティブ状態のリガンドとタンパク質で構成される熱力学システムを策定しました。尿素濃度と温度を変化させる微分走査蛍光測定と円形二色性を使用して、コエンザイムNADP+が存在しない場合、イソロシオール酸などの阻害剤が結合時にアルドケト還元酵素AKR1A1を安定化し、実際に3段階の折りたたみを示したが、AKR1B10を壊滅させたことがわかりました。対照的に、NADP+の存在下で、それらはAKR1A1を不安定にし、AKR1B10を安定化しました。これらの現象を説明するために、そのエンタルピー（ΔΔH）およびエントロピー（ΔΔS）成分に安定化の自由エネルギー（ΔΔG）を分解しました。次に、3つの状態の折り畳みを示す比較的不安定なタンパク質で、ネイティブの立体構造が陰性ΔΔSに関連して陰性ΔΔHによって安定化され、安定剤シャペロンが標的タンパク質の立体配座の変動を減少させるか、水分補給を増加させることを示唆していることがわかりました。ただし、他のケースでは、Δδgは本質的にΔΔHとΔΔSの微妙なバランスによって決定されました。提案された熱力学的形式は、アロステリック相互作用を伴う複数のリガンドを含むシステムに適用できます。これらの発見は、MCSのスクリーニング戦略の開発を促進し、ターゲットの立体構造を調節します。

Ligands such as enzyme inhibitors stabilize the native conformation of a protein upon binding to the native state, but some compounds destabilize the native conformation upon binding to the non-native state. The former ligands are termed "stabilizer chaperones" and the latter ones "destabilizer chaperones." Because the stabilization effects are essential for the medical chaperone (MC) hypothesis, here we have formulated a thermodynamic system consisting of a ligand and a protein in its native- and non-native state. Using the differential scanning fluorimetry and the circular dichroism varying the urea concentration and temperature, we found that when the coenzyme NADP+ was absent, inhibitors such as isolithocholic acid stabilized the aldo-keto reductase AKR1A1 upon binding, which showed actually the three-state folding, but destabilized AKR1B10. In contrast, in the presence of NADP+ , they destabilized AKR1A1 and stabilized AKR1B10. To explain these phenomena, we decomposed the free energy of stabilization (ΔΔG) into its enthalpy (ΔΔH) and entropy (ΔΔS) components. Then we found that in a relatively unstable protein showing the three-state folding, native conformation was stabilized by the negative ΔΔH in association with the negative ΔΔS, suggesting that the stabilizer chaperon decreases the conformational fluctuation of the target protein or increase its hydration. However, in other cases, ΔΔG was essentially determined by the delicate balance between ΔΔH and ΔΔS. The proposed thermodynamic formalism is applicable to the system including multiple ligands with allosteric interactions. These findings would promote the development of screening strategies for MCs to regulate the target conformations.