ダブルミュータントサイクル：タンパク質構造と機能を分析するための強力なツール

二重変異体サイクルには、野生型タンパク質、2つの単一変異体、および対応する二重変異タンパク質が含まれます。二重変異に対するタンパク質の構造的または機能的特性に関連する自由エネルギーの変化が、単一の変異による自由エネルギーの変化の合計とは異なる場合、2つの位置の残基が結合されます。このような結合は、これらの残基間の直接的または間接的な相互作用を反映しています。二重変異サイクル分析を使用して、既知の構造を持つタンパク質またはタンパク質リガンド複合体における分子内および分子間ペアワイズ相互作用の強度を測定できます。また、タンパク質の折り畳み、リガンド結合、酵素触媒、または膜タンパク質の遷移状態のようなNMRおよびX線結晶学にはアクセスできない構造を特徴付けるために、二重変異サイクルを使用することもできます。多次元変異体サイクル分析を使用して、分子内または分子間相互作用の間の高次協同性を測定できます。残基間の結合がない場合、それらの添加物を想定することにより、変異効果の予測が可能になります。

A double-mutant cycle involves wild-type protein, two single mutants and the corresponding double mutant protein. If the change in free energy associated with a structural or functional property of the protein upon a double mutation differs from the sum of changes in free energy due to the single mutations, then the residues at the two positions are coupled. Such coupling reflects either direct or indirect interactions between these residues. Double-mutant cycle analysis can be used to measure the strength of intramolecular and intermolecular pairwise interactions in proteins or protein-ligand complexes with known structure. Double-mutant cycles can also be employed to characterize structures that are inaccessible to NMR and X-ray crystallography, such as those of transition states for protein folding, ligand binding and enzyme catalysis, or of membrane proteins. Multidimensional mutant cycle analysis can be used to measure higher-order cooperativity between intramolecular or intermolecular interactions. In the absence of coupling between residues, prediction of mutational effects is possible by assuming their additivity.