Class A Gタンパク質共役受容体の立体構造特異的熱存在変異の予測

Gタンパク質共役受容体（GPCR）は非常に柔軟であり、界面活性剤および精製中のタンパク質抽出中に変性を起こしやすい。これは、GPCRの立体構造的に均一な溶液を精製するという大きな課題をもたらします。サーモスタビリゼーション変異は、いくつかのGPCRの結晶構造を精製および得るために広く使用されてきました。ただし、GPCRのサーモスタビリゼーション変異を特定することは、密接に関連するGPCRの間でも譲渡できないため、退屈で高価なタスクのままです。さらに、GPCRの1つの立体構造状態を安定化する変異は、同じGPCRの他の立体構造状態を常に安定させるとは限りません。以前は、特定のGPCR立体構造のためのサーモスタビル化変異の迅速な予測のために、計算方法Liticondesignを開発しました。この研究では、同じGPCRの非アクティブ状態の構造を使用して、ヒトアデノシン受容体（A2AR）のアゴニスト結合活性中身状態（A2AR）の熱吸合変異を予測するためにliticondesignを使用しました。我々の研究は、GPCRのアクティブインターメディー状態（私たちの場合はA2AR）のliticondesignを使用したサーモスタブル変異予測には、テンプレートとしてのアクティブ/アクティブインターメディー状態のGPCR構造から導出される相同性モデルが必要であることを示しています。同様に、非アクティブな状態GPCR立体構造に由来する相同性モデルは、A2ARの不活性状態の熱安定性変異を予測するのに適しています。全体として、Liticondesignメソッドは、所定のGPCR配列の熱吸合変異を予測するのに効率的であるだけでなく、目的の立体構造の適切な開始構造が選択された場合、関心のある状態に対して立体構造固有の変異を回復することもできます。

G protein-coupled receptors (GPCRs) are highly flexible and prone to denaturation during protein extraction in detergents and purification. This poses a huge challenge to purify a conformationally homogeneous solution of GPCRs. Thermostabilizing mutations have been used widely to purify and obtain crystal structures of several GPCRs. However, identifying thermostabilizing mutations for GPCRs remains a tedious and expensive task as they are not transferable even among closely related GPCRs. Additionally, the mutations stabilizing one conformational state of a GPCR do not always stabilize other conformational state(s) of the same GPCR. Previously we developed a computational method, LiticonDesign, for rapid prediction of thermostabilizing mutations for a specific GPCR conformation. In this study, we have used LiticonDesign to predict thermostabilizing mutations for the agonist bound active-intermediate state of the human adenosine receptor (A2AR) using the structure of the inactive state of the same GPCR and vice versa. Our study shows that the thermostable mutation predictions using LiticonDesign, for an active-intermediate state of a GPCR (A2AR in our case), requires a homology model that is derived from an active/active-intermediate state GPCR structure as a template. Similarly, the homology models derived from inactive state GPCR conformations are better in predicting the thermostable mutations for the inactive state of A2AR. Overall, LiticonDesign method is not only efficient in predicting thermostabilizing mutations for a given GPCR sequence but also can recover conformation specific mutations for a state of interest, if a suitable starting structure of desired conformation is chosen.