局所接着キナーゼの接着標的ドメイン上のLDモチーフ相互作用残基の空間配置が、ドメイン-モチーフ相互作用の親和性と特異性を決定している

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Biochim Biophys Acta Gen Subj.2020 01;1864(1):129450. S0304-4165(19)30236-3. doi: 10.1016/j.bbagen.2019.129450.Epub 2019-10-30.

局所接着キナーゼの接着標的ドメイン上のLDモチーフ相互作用残基の空間配置が、ドメイン-モチーフ相互作用の親和性と特異性を決定している

Spatial arrangement of LD motif-interacting residues on focal adhesion targeting domain of Focal Adhesion Kinase determine domain-motif interaction affinity and specificity.

Anjali Bansal Gupta
Somsubhro Mukherjee
Catherine Quirong Pan
Adrian Velazquez-Campoy
J Sivaraman
Boon Chuan Low

PMID: 31676296 DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.129450.

抄録

背景:

ロイシンリッチアスパラギン酸モチーフ（LDモチーフ）は、パキシリン上の分子認識モチーフであり、下流のシグナル伝達やアクチン細胞骨格のリモデリングを行うために、多くの局所接着タンパク質のLDモチーフ結合ドメイン（LDBD）を認識します。本研究では、パキシリンのLDモチーフとの結合親和性に影響を与えるLDBD内の構造的特徴を同定した。

BACKGROUND: Leucine rich Aspartate motifs (LD motifs) are molecular recognition motifs on Paxillin that recognize LD-motif binding domains (LDBD) of a number of focal adhesion proteins in order to carry out downstream signaling and actin cytoskeleton remodeling. In this study, we identified structural features within LDBDs that influence their binding affinity with Paxillin LD motifs.

方法:

Focal Adhesion Kinase (FAK)のFocal Adhesion Targeting (FAT)ドメインの点変異体は、他の2つの焦点接着タンパク質であるVinculinとCCM3のLDBDで見られるユニークな構造に一致するように、重要なリジン残基を2回転、3回転させて作成しました。

METHODS: Various point mutants of focal adhesion targeting (FAT) domain of Focal Adhesion Kinase (FAK) were created by moving a key Lysine residue two and three helical turns in order to match the unique conformations as observed in LDBDs of two other focal adhesion proteins, Vinculin and CCM3.

結果:

その結果、FAKのFATドメインの変異体FAT(NV)（FATドメインのAsn992をValに置き換えたもの）は、LD1（K=1.5μM、野生型では無結合）とLD2（K=7.2μM、野生型では63μM）に高い親和性を示すことが明らかになった。また、FAK(NV)を発現したMCF7細胞の局所接着は、野生型FAKを発現した細胞（ターンオーバー率1.5×10μm/s）と比較して、高い安定性（ターンオーバー率1.25×10μm/s）を示した。

RESULTS: This led to identify a mutant of FAT domain of FAK, named as FAT(NV) (Asn992 of FAT domain was replaced by Val), with remarkable high affinity for LD1 (K = 1.5 μM vs no-binding with wild type) and LD2 peptides (K = 7.2 μM vs 63 μM with wild type). Consistently, the focal adhesions of MCF7 cells expressing FAK(NV) were highly stable (turnover rate = 1.25 × 10 μm/s) as compared to wild type FAK transfected cells (turnover rate = 1.5 × 10 μm/s).

結論:

その結果、LDモチーフとLDDBDとの結合親和性は、LDモチーフとLDDBD表面のアミノ酸の相対的な配置、LDモチーフの長尺ロイシン側鎖の疎水性埋没、および荷電面の相補性が重要な因子であることがわかった。

CONCLUSIONS: We observed that the relative disposition of key LD binding amino-acids at LDBD surface, hydrophobic burial of long Leucine side chains of LD-motifs and complementarity of charged surfaces are the key factors determining the binding affinities of LD motifs with LDBDs.

一般的な意義:

本研究では、FAK-LDモチーフの相互作用を調節することで、FAKのFATドメインのタンパク質工学に貢献することを目指しています。

GENERAL SIGNIFICANCE: Our study will help in protein engineering of FAT domain of FAK by modulating FAK-LD motif interactions which have implications in cellular focal adhesions and cell migration.