ヌクレオチドとモータータンパク質との結合の分子動画

Molecular movie of nucleotide binding to a motor protein.

• Ana-Nicoleta Bondar
• Hirokazu Mishima
• Yuko Okamoto

抄録

背景:

SecA DEAD（Asp-Glu-Ala-Asp）モータータンパク質は、アデノシン三リン酸（ATP）の結合および加水分解を利用して、細菌の形質膜を横切って分泌タンパク質を押し出す。ヌクレオチド交換の反応座標は、原子レベルの詳細では不明である。

BACKGROUND: The SecA DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) motor protein uses binding and hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP) to push secretory proteins across the plasma membrane of bacteria. The reaction coordinate of nucleotide exchange is unclear at the atomic level of detail.

方法:

SecAのDEADモータードメインのヌクレオチドサイトとマグネシウムイオンサイトの占有率を変えた複数の原子論的計算を、合計1.7μsのシミュレーション時間で行った。活性部位のダイナミクスを特徴づけるために、水素結合ネットワークの解析を行った。

METHODS: We performed multiple atomistic computations of the DEAD motor domain of SecA with different occupancies of the nucleotide and magnesium ion sites, for a total of ~1.7 μs simulation time. To characterize dynamics at the active site we analyzed hydrogen-bond networks.

結果:

ATPとADPは、ネイティブサイトとは異なる中間結合部位にもかかわらず、ヌクレオチド結合ドメイン間の界面で自発的に結合することができます。ヌクレオチドの結合は、保存されたDEADモチーフのグルタミン酸基の近くにマグネシウムイオンの存在によって促進される。マグネシウムイオンが存在しない場合は、ADP分子のタンパク質相互作用が乱れます。

RESULTS: ATP and ADP can bind spontaneously at the interface between the nucleotide binding domains, albeit at an intermediate binding site distinct from the native site. Binding of the nucleotide is facilitated by the presence of a magnesium ion close to the glutamic group of the conserved DEAD motif. In the absence of the magnesium ion, protein interactions of the ADP molecule are perturbed.

結論:

マグネシウムイオン部位の占有に力学的に結合するタンパク質の水素結合ネットワークは、ヌクレオチド交換経路に沿ってヌクレオチドを誘導するのに役立ちます。SecAでは、マグネシウムの放出は、ヌクレオチドの放出に先立ってADP結合部位を不安定化させるために必要とされるかもしれない。

CONCLUSIONS: A protein hydrogen-bond network whose dynamics couples to the occupancy of the magnesium ion site helps guide the nucleotide along the nucleotide exchange path. In SecA, release of magnesium might be required to destabilize the ADP binding site prior to release of the nucleotide.

一般的な意味:

SecAのヌクレオチド交換を制御し、中間部位でADPを安定化させる動的な水素結合ネットワークを同定した。また、モータータンパク質の反応座標には、活性部位の水素結合ネットワークの複雑な再配置が関与しており、マグネシウムイオン部位の摂動がADPの放出前に発生している可能性が高いことを明らかにした。

GENERAL SIGNIFICANCE: We identified dynamic hydrogen-bond networks that help control nucleotide exchange in SecA, and stabilize ADP at an intermediate site that could explain slow release. The reaction coordinate of the protein motor involves complex rearrangements of a hydrogen-bond network at the active site, with perturbation of the magnesium ion site likely occurring prior to the release of ADP.

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