保存されたトリプトファン変異は、異常なチロシン蛍光を明らかにする免疫グロブリンドメインの構造と機能を破壊する

免疫グロブリン（IG）ドメインは最も一般的なタンパク質ドメイン構造であり、高度に保存された折りたたみパターンを共有しています。しかし、このタンパク質の構造ファミリーは、生物学的役割と組織の発現の点でも最も多様です。IGドメインはアミノ酸配列が大きく異なりますが、このベータ鎖タンパク質の疎水性コアで高度に保存されたトリプトファンを共有しています。パラディンは、5つのIGドメインを持つアクチン結合とバンドリングタンパク質であり、正常な細胞の接着と運動性に重要な役割を果たします。パラディンの1つのIgドメインにおけるコアトリプトファンの変異は、膵臓癌細胞株で同定されており、パラディンIgドメイン構造、安定性、および機能におけるこの唯一のトリプトファンの重要な役割を示唆しています。部分的に展開された構造にもかかわらず、このトリプトファンを除去し、環状二胞体症の調査で示されるように変異体Igドメインの安定性を大幅に低下させたにもかかわらず、このトリプトファンを除去することにより、アクチンの結合とバンドルが完全に廃止されなかったことがわかりました。さらに、この変異体パラディンドメインは、341 nmでの異常なチロシン放出に起因するトリプトファン様蛍光を示しています。我々の結果は、この放出は、近くのアスパラギン酸残基へのプロトン移動によって励起基底状態で形成される可能性があるチロシン酸塩に由来することを示しています。さらに、この研究は、タンパク質の構造安定性におけるトリプトファンの重要性を強調し、タンパク質の蛍光特性の解釈中にチロシン化放出の寄与が見落とされる可能性があることを示しています。

Immunoglobulin (Ig) domains are the most prevalent protein domain structure and share a highly conserved folding pattern; however, this structural family of proteins is also the most diverse in terms of biological roles and tissue expression. Ig domains vary significantly in amino acid sequence but share a highly conserved tryptophan in the hydrophobic core of this beta-stranded protein. Palladin is an actin binding and bundling protein that has five Ig domains and plays an important role in normal cell adhesion and motility. Mutation of the core tryptophan in one Ig domain of palladin has been identified in a pancreatic cancer cell line, suggesting a crucial role for this sole tryptophan in palladin Ig domain structure, stability, and function. We found that actin binding and bundling was not completely abolished with removal of this tryptophan despite a partially unfolded structure and significantly reduced stability of the mutant Ig domain as shown by circular dichroism investigations. In addition, this mutant palladin domain displays a tryptophan-like fluorescence attributed to an anomalous tyrosine emission at 341 nm. Our results indicate that this emission originates from a tyrosinate that may be formed in the excited ground state by proton transfer to a nearby aspartic acid residue. Furthermore, this study emphasizes the importance of tryptophan in protein structural stability and illustrates how tyrosinate emission contributions may be overlooked during the interpretation of the fluorescence properties of proteins.