タンパク質に対するATPとの弱い非特異的相互作用の効果

アデノシン三リン酸（ATP）は、生体システムの主要な化学エネルギー通貨、リボ核酸の構成要素、キナーゼ媒介シグナル伝達のホスホリル基ドナーとして、複数の重要な生化学的役割を果たしている非常によく研究された代謝物です。興味深いことに、ATPは最近、アミロイド形成タンパク質の凝集を阻害するハイドロトロープとして作用することが提案されています。ただし、ATPと共存する根本的なメカニズムとタンパク質に及ぼす一般的な物理化学効果は不明のままです。NMR分光法とMDシミュレーションを組み合わせることにより、ここでは、ATPとさまざまなタンパク質の間の弱いが明確に測定可能で濃度依存性の非共有相互作用が観察されました。相互作用は、2つの代表的な折り畳まれたタンパク質（ユビキチンとP62の二量体ユビキチン結合ドメイン）の柔軟な領域（例えば、ループまたは末端）の本質的に無秩序なタンパク質（α-シヌクレイン）および柔軟な領域（例えば、ループまたは末端）の残基について最も顕著でした。溶液NMRで示されているように、ATPタンパク質相互作用の結果は、タンパク質の溶媒にさらされた残基の水和が変化しました。ATPが3つのタンパク質すべてと相互作用したという観察は、ATPがタンパク質の一般的な非特異的バインダーであることを示唆しています。いくつかの補完的な生物物理学的手法により、約5〜10 mmの生理学的濃度で、ATPは、以前の研究と一致して、マグネシウムキレートおよびキレート化に依存しないメカニズムを介してオリゴマー状態を形成し始めることがさらに確認されました。観察されたATP-タンパク質相互作用は全体的に比較的弱かったが、細胞内のATP（モノマーフリーATP、単一および二価イオン結合ATP、オリゴマー、およびキレートしたタンパク質に対する高い比率は、ほとんどのタンパク質が一時的な相互作用を摂取する可能性が高いことを示唆している。代謝物を介したタンパク質表面保護を付与するATP（および化学的に類似した代謝物）を使用します。

Adenosine triphosphate (ATP) is an immensely well-studied metabolite serving multiple key biochemical roles as the major chemical energy currency in living systems, a building block of ribonucleic acids, and a phosphoryl group donor in kinase-mediated signaling. Intriguingly, ATP has been recently proposed to act as a hydrotrope that inhibits aggregation of amyloidogenic proteins; however, the underlying mechanism and the general physicochemical effect that coexistence with ATP exerts on proteins remain unclear. By combining NMR spectroscopy and MD simulations, here we observed weak but unambiguously measurable and concentration-dependent noncovalent interactions between ATP and various proteins. The interactions were most pronounced for an intrinsically disordered protein (α-synuclein) and for residues in flexible regions (e.g., loops or termini) of two representative folded proteins (ubiquitin and the dimeric ubiquitin-binding domain of p62). As shown by solution NMR, a consequence of the ATP-protein interaction was altered hydration of solvent-exposed residues in the protein. The observation that ATP interacted with all three proteins suggests that ATP is a general nonspecific binder of proteins. Several complementary biophysical methods further confirmed that, at physiological concentrations of ∼5-10 mM, ATP starts to form oligomeric states via magnesium-chelating and chelation-independent mechanisms, in agreement with previous studies. Although the observed ATP-protein interaction was relatively weak overall, the high ratio of ATP (monomeric free ATP, mono- and divalent ion-bound ATP, oligomeric and chelated ATP) to proteins in cells suggests that most proteins are likely to encounter transient interactions with ATP (and chemically similar metabolites) that confer metabolite-mediated protein surface protection.