生化学：生物学とタンパク質デザインにおけるタンパク質折りたたみのメガスケール実験解析
Nature 620, 7973 doi: 10.1038/s41586-023-06328-6
DNA塩基配列解読と機械学習の進歩によって、タンパク質のアミノ酸配列と構造に関する膨大な知見が蓄積されてきている。しかし、折りたたみの原動力となるエネルギーについては、これらの構造から明らかではなく、ほとんどは不明のままである。折りたたみのこの隠れた熱力学的特性が、疾患を引き起こしたり、タンパク質の進化を決定付けたり、タンパク質工学の行き先を導いたりするため、あらゆる配列と構造について熱力学特性を明らかにするための新しい方法が求められている。今回我々は、90万種類までのタンパク質ドメインの折りたたみの熱力学的安定性をわずか1週間の実験で測定できる方法を開発し、cDNAディスプレイタンパク質分解法と名付けた。総計180万の測定を行い、長さが40～72アミノ酸の331種類の天然タンパク質ドメインおよび148種類のde novo設計タンパク質ドメインについて、全ての1アミノ酸変異体と一部の2アミノ酸変異体を網羅する約77万6000種類の質の高い折りたたみ構造安定性データを取得した。さらにこの膨大なデータセットを用いて、（1）アミノ酸の適合度に影響する環境因子、（2）タンパク質内の位置の間の熱力学的共役（予想外の相互作用を含む）、（3）進化上でのアミノ酸の使われ方とタンパク質折りたたみ安定性との全般的な関係性を、定量的に示すことができた。また、この新しい方法がde novo設計タンパク質における安定性決定因子の同定や設計手法の評価に、どのように役立つかも検証した。このcDNAディスプレイタンパク質分解法は、迅速かつ正確で唯一無二の拡張性を示しており、アミノ酸配列が構造安定性をどのようにコードしているのか、という定量的法則性の解明に役立つと期待される。
