タンパク質間相互作用に関与する潜在的に多重特異的なペプチド結合ドメインのアミノ酸選好の計算予測

要約

タンパク質間相互作用(PPI)における多重特異的結合部位のアミノ酸選好性を推定するための、配列の多様化に基づく方法論について説明します。この戦略では、何千もの潜在的なペプチドリガンドが生成され、in silicoでスクリーニングされるため、利用可能な実験方法のいくつかの制限があります。

要約

多くのタンパク質間相互作用には、短いタンパク質セグメントのペプチド結合ドメインへの結合が含まれます。通常、このような相互作用には、可変保存を伴う線形モチーフの認識が必要です。同じリガンド内の高度に保存された領域とより変動しやすい領域の組み合わせは、酵素と細胞シグナル伝達タンパク質の一般的な特性である結合の多特異性に寄与することがよくあります。ペプチド結合ドメインのアミノ酸選好性の特性評価は、タンパク質間相互作用(PPI)のメディエーターの設計にとって重要です。計算法は、高価で面倒な実験手法に代わる効率的な方法であり、後で下流の実験で検証できる可能性のあるメディエーターの設計を可能にします。ここでは、Rosetta分子モデリングパッケージのPepspecアプリケーションを使用して、ペプチド結合ドメインのアミノ酸選好を予測する方法論について説明しました。この方法論は、受容体タンパク質の構造とペプチドリガンドの性質の両方が既知であるか、または推測できる場合に有用です。この方法論は、リガンドからの十分に特徴付けられたアンカーから始まり、アミノ酸残基をランダムに添加することによって拡張されます。このようにして生成されたペプチドの結合親和性は、次にフレキシブルバックボーンペプチドドッキングによって評価され、予測される最高の結合スコアを持つペプチドが選択されます。次に、これらのペプチドを使用してアミノ酸の好みを計算し、オプションでさらなる研究に使用できる位置重みマトリックス(PWM)を計算します。この方法論の適用を説明するために、以前は多重特異性であることが知られていたが、pLxISと呼ばれる短い保存されたモチーフによってグローバルに導かれたヒトインターフェロン調節因子5(IRF5)のサブユニット間の相互作用を使用しました。推定されたアミノ酸選好は、IRF5結合表面に関する以前の知識と一致していました。リン酸化可能なセリン残基が占める位置は、アスパラギン酸とグルタミン酸が高頻度で見られましたが、これはおそらく、それらの負に帯電した側鎖がホスホセリンに類似しているためです。

概要

2つのタンパク質間の相互作用には、多くの場合、アミノ酸の短いセグメントがペプチド結合ドメインに結合することが含まれ、これはタンパク質-ペプチド界面に似ています。このようなタンパク質間相互作用(PPI)に関与する受容体タンパク質は、多くの場合、重なり合っているが異なるリガンド配列の特定のセットを認識する能力を持っています。これは、多特異性^1,2として知られています。多重特異性認識は多くの細胞タンパク質の特徴ですが、特に酵素や細胞シグナル伝達タンパク質で顕著です³。多重特異性結合部位と相互作用するタンパク質は、多くの場合、その配列に保存された領域と保存されていない領域の組み合わせを持っています^4,5,6。このシナリオでは、より保存された配列モチーフがストリンジェントな分子相互作用に関与しています。逆に、より可変的な配列は、受容体結合部位の何らかの許容性の表面と相互作用します。通常、これらの保存性は低いが機能的に関連性のあるセグメントは、明確な二次構造パターンを欠くループであるか、または天然変性タンパク質に典型的なもののよ....

プロトコル

1. タンパク質-ペプチド界面の初期調製

1. タンパク質-タンパク質複合体の構造のダウンロード
   1. Protein Data Bank(PDB)のホームページ(https://www.rcsb.org/)に移動し、メインの検索ボックスにタンパク質-タンパク質複合体の構造のPDB IDを入力します(図2A)。この作業で例として使用したIRF5ダイマーの構造のPDB IDは3DSH¹⁹です。
   2. 目的の構造のメインページで、Download Files(図2B)をクリックし、次にBiological Assembly 1(PDB - gz)(図2C)をクリックします。
      注:PDBデータベースでは、同一のモノマーによって形成された多くのタンパク質複合体の構造が生物学的集合体として表され、1つのモノマー(非対称ユニット)の構造のみがPDBファイルに格納されます。マルチマーの構造、この場合はIRF5ダイマーは、非対称ユニットの2つのインスタンスを含む生物学的アセンブリとしてダウンロードする必要がありま....

ディスカッション

本論文は、in silico配列の多様化に基づいて、潜在的に多重特異的な結合部位のアミノ酸選好を推定するためのプロトコルについて述べる。タンパク質-ペプチド界面のアミノ酸選好を推定するための計算ツールはほとんど開発されていない14,25,26。これらのツールには予測的な性質がありますが、?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
BUDE Alanine Scan Server	University of Edinburgh	https://pragmaticproteindesign.bio.ed.ac.uk/balas/	doi: 10.1021/acschembio.9b00560
Rosetta Modeling Software	Rosetta Commons	https://www.rosettacommons.org/software	doi: 10.1002/prot.22851
UCSF Chimera	University of California San Francisco	https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/	doi: 10.1002/jcc.20084