ユニークな二重部位の単一鎖の甘い味のタンパク質モネリン（MNEI）変異体の改善された甘さと熱安定性の構造基盤

甘いタンパク質モネリンは、非常に甘い効力を持っていますが、安定性は限られています。単一鎖モネリン（MNEI）の二重敷地変異体（E2N/E23A）を特定しました。ただし、その優れた特性の構造的基盤は、これまでとらえどころのないままです。ここでは、解像度1.90Åでその結晶構造を報告します。野生型と同様に、E2N/E23Aは、αヘリックスの周りに部分的に「包まれた」5鎖βシートからなるウェッジ型構造を採用しています。ただし、β鎖から残基R39の周りのループへの顕著な立体構造シフトを含む、ループ領域には識別部分が存在していました。分子ドッキングにより、保存されたタンパク質受容体界面の持続性と、甘いタンパク質の味覚活性残基R39を含むE2N/E23A受容体複合体における新しい分子間イオン結合の形成が明らかになりました。一方、タンパク質コアの疎水性の向上をもたらしたA23とF89の間のC-H…π結合を含む分子内相互作用ネットワークの再配列は、その熱安定性の改善と相関する可能性があります。さらに、MNEIの2つの新しい甘い変異体が作成されました。これらの発見は、タンパク質の甘さと熱安定性のためにそれぞれタンパク質コアでの主要な甘味決定因子残基R39と疎水性の重要な役割を強調しているため、甘いタンパク質の構造機能関係を理解するためのより深い洞察を提供します。このユニークな生体染色体の合理的な設計のため。

The sweet protein monellin has an intensely sweet potency but limited stability. We have identified a double-sites mutant (E2N/E23A) of the single-chain monellin (MNEI) with both improved sweetness (about 3-fold) and thermostability (10 °C). However, the structural basis of its superior properties remains elusive until now. Herein we report its crystal structure at a resolution 1.90 Å. Similar to the wild-type, E2N/E23A adopts a wedge-shaped structure consisting of a five-strand β-sheet partially "wrapped" around an α-helix. However, distinguishing parts were present in the loops region, including a remarkable conformation shift from β-strand to loop around residue R39. Molecular docking revealed the persistence of conserved protein-receptor interface and formation of new intermolecular ionic bonds in the E2N/E23A-receptor complex involving the taste-active residue R39 of the sweet protein, which could account for its significant improvement of sweetness. On the other hand, a rearrangement of intramolecular interaction network including the C-H … π bond between A23 and F89 that led to enhanced hydrophobicity in the protein core, could be correlated with its improved thermostability. Furthermore, two new sweeter mutants of MNEI were created. These findings highlight the critical roles of key sweetness determinant residue R39 and hydrophobicity at the protein core for the sweetness and thermostability of the protein, respectively, which thus provide a deeper insight for understanding the structure-function relationship of the sweet protein as well as guidance for rational design of this unique biomacromolecule.