分子生物学：タンパク質結合ドメインのエネルギー全体像とアロステリック効果の全体像のマッピング

タンパク質中の離れた部位間でのアロステリックな情報交換は生物学的調節には非常に重要だが、その性質の詳細はいまだによく分かっておらず、その理解や操作、また薬剤開発への利用は限られている。その大きな理由は、アロステリック効果を多様なタンパク質で網羅的に定量する方法がないことである。今回我々はこうした不足に取り組み、deep mutational scanning法を使ってアロステリック効果を網羅的にマッピングする方法を開発した。この方法では、効率の良い実験設計を行い、多数の遺伝的背景の下で複数の分子表現型（今回は結合とタンパク質の量を調べた）を定量化し、ニューラルネットワークを用いて熱力学モデルをフィットさせることにより、変異の生物物理学的因果効果をひとまとめに推測する。我々はこの方法を、ヒトで最もよく見られるタンパク質相互作用ドメインのうちの2つ、すなわちSH3ドメインとPDZドメインに適用し、アロステリックな情報交換の包括的アトラスを作製した。アロステリック変異は非常に多く見られ、ネットワークを変化させる「エッジ特異的（edgetic）」変異体の変異の標的となる空間は大きい。変異は、結合の界面により近い所やグリシン残基、PDZドメイン内の相手側表面に結び付く働きをしている特異的残基の所に起こるほど、アロステリックになる可能性が高い。このように、多数の分子表現型に対する変異の影響を多くの遺伝的背景の下で定量化できるこの包括的な方法は、多くのタンパク質のエネルギー的全体像、アロステリック的全体像を迅速かつ包括的にマッピングするのに広く使えるだろう。

目次へ戻る