システインが豊富なタンパク質の改善された構造予測を使用した、アブラナ科の自己不均一性の根底にあるSRK-SP11分子相互作用の包括的な計算分析

植物は、相互受精を促進するために自己不適格性（SI）を採用しています。アブラナ科では、このプロセスは、雌しべを決定因子S受容体キナーゼ（SRK）と花粉測定S-Locusタンパク質11（SP11、S-Locusシステインリッチタンパク質、SCRとしても知られるSP11）の間の複合体の形成によって調節されています。私たちの以前の研究では、アブラナラパラップS8およびS9ハプロタイプの2つのESRK-SP11複合体の結晶構造を使用し、9つの計算で予測された複雑なモデルを使用して、SRKエクトドメイン（ESRK）とSP11ペアのみが同じSハプロタイプから派生したSP11ペアのみが高いことを示しています。結合自由エネルギー。ただし、他の100+Sハプロタイプおよび属のESRK-SP11複合構造を予測することは、SP11多型と構造がSP11多型のために困難なままです。Alphafold2を使用したタンパク質構造予測は、ほとんどのタンパク質モノマーと複合体でかなり高い精度を示しますが、テストした予測されたSP11構造の46％は、75平均レシドごとの信頼性スコア（PLDDT）を示しました。ここでは、システインが豊富なタンパク質にキュレーションされた複数の配列アラインメント（MSA）を使用すると、SP11およびESRK-SP11複合体のモデル精度が大幅に改善されたことを実証します。さらに、分子動力学（MD）シミュレーションを使用して、予測されたESRK-SP11複合体の結合自由エネルギーを計算し、一部のシロイヌナズナのハプロタイプはB. rapa S8およびS9とは大きく異なる結合モードを形成することを観察しました。したがって、私たちの計算結果は、残留レベルでのアブラナ科のハプロタイプ特異的ESRK-SP11結合モードに関する洞察を提供します。予測されたモデルは、Zenodo、https：//doi.org/10.5281/zenodo.8047768で無料で入手できます。

Plants employ self-incompatibility (SI) to promote cross-fertilization. In Brassicaceae, this process is regulated by the formation of a complex between the pistil determinant S receptor kinase (SRK) and the pollen determinant S-locus protein 11 (SP11, also known as S-locus cysteine-rich protein, SCR). In our previous study, we used the crystal structures of two eSRK-SP11 complexes in Brassica rapa S8 and S9 haplotypes and nine computationally predicted complex models to demonstrate that only the SRK ectodomain (eSRK) and SP11 pairs derived from the same S haplotype exhibit high binding free energy. However, predicting the eSRK-SP11 complex structures for the other 100 + S haplotypes and genera remains difficult because of SP11 polymorphism in sequence and structure. Although protein structure prediction using AlphaFold2 exhibits considerably high accuracy for most protein monomers and complexes, 46% of the predicted SP11 structures that we tested showed < 75 mean per-residue confidence score (pLDDT). Here, we demonstrate that the use of curated multiple sequence alignment (MSA) for cysteine-rich proteins significantly improved model accuracy for SP11 and eSRK-SP11 complexes. Additionally, we calculated the binding free energies of the predicted eSRK-SP11 complexes using molecular dynamics (MD) simulations and observed that some Arabidopsis haplotypes formed a binding mode that was critically different from that of B. rapa S8 and S9. Thus, our computational results provide insights into the haplotype-specific eSRK-SP11 binding modes in Brassicaceae at the residue level. The predicted models are freely available at Zenodo, https://doi.org/10.5281/zenodo.8047768.