ヴォーケリア・オーレオクローム1 LOVにおける残基相互作用ダイナミクス.理論と実験の架橋

Residue Interaction Dynamics in Vaucheria Aureochrome1 LOV: Bridging Theory and Experiments.

• Anwesha Deb
• Rajdeep Kaur Grewal
• Soumen Roy
• Devrani Mitra

抄録

アロステリックコミュニケーションは、シグナル伝達や情報伝達の基礎となるものです。タンパク質分子の三次元構造の中で空間的に分布するアミノ酸残基間の集合的相互作用がアロステリックネットワークの基礎を形成しています。残基相互作用グラフ（RIG）の構築は、タンパク質の静的な結晶構造に基づいて行われていますが、アロステリックを理解するためには、タンパク質のダイナミクスに関する情報を抽出することが重要です。そのため、微分ネットワーク(DN)の枠組みに基づいたRIGの定量的解析は、このような通信経路内の鍵となるアミノ酸残基相互作用を特定する上で非常に有用である。DNには、2つの異なる状態からのタンパク質構造の同時利用が不可欠ですが、それ以外にも課題があります。結晶格子内の非生物学的な二量体配列のような結晶学的なアーティファクトは、自動的にRIGの構築と最終的な解釈に影響を与えます。そのため、RIGの解析から得られた予測値を実験的に検証した文献は少ないのが現状です。本研究では、光によるシグナル伝達を理解するために、光受容体転写因子Aureochrome1の光センサードメインを研究しています。RIGからの予測をDNのメカニズムを用いて直接実験で検証した。しかし、その一致は改善の余地がある。次に、生物学的に意味のある二量体を得るための四量体配列の概念について議論する。そこで、我々はRIGを再構成し、修正された構造を再解析する。これらの再解析の結果は、実験結果とはるかに優れた一致を示した。このように、結晶学的バイアスに対処するという考え方は、理論と実験の整合性を保つための新鮮かつ一般的なアプローチを提供するものである。これは、今回のケースを超えて、一般的にすべてのシグナル伝達タンパク質に適用可能である。この論文は著作権で保護されています。本論文の著作権は著作権で保護されています。

Allosteric communication is the basis of signaling and information transfer. Collective interactions between amino acid residues, which are spatially distributed in the three dimensional structure of a protein molecule, form the basis of allosteric network. While the construction of Residue Interaction Graphs (RIG) is based on static crystal structures of proteins, it is important to extract information on protein dynamics to understand allostery. Therefore, quantitative analysis of RIG based on the framework of differential network (DN), is immensely helpful in identifying key amino acid residue interactions within such communication pathways. While the simultaneous availability of protein structures from two different states is essential for DN, there are additional challenges. Crystallographic artefacts like non-biological dimeric arrangements within the crystal lattice, automatically influence the construction and eventually the interpretation of RIG. Therefore, experimental validation of predictions from the analyses of RIG is naturally scarce in literature. Herein, we study the photosensor domain of the signaling photoreceptor transcription factor, Aureochrome1, to understand light-driven signaling. We perform direct experiments to verify the predictions from RIG using the machinery of DN. However, the agreement leaves scope for improvement. We then discuss the notion of quaternary structure alignment to obtain a biologically meaningful dimer. Thence, we reconstruct the RIG and reanalyse the modified structure. Results of these reanalyses render far superior agreement with experiments. Therefore, this notion of addressing crystallographic biases provides a fresh yet general approach for reconciliation of theory and experiments. It is applicable beyond the present case to all signaling proteins in general. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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