액체의 원자 모델링

Jul 01, 2023

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 886(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

단백질 용액의 액체-액체 상 분리는 생물학적 중요성과 병원성 관련성으로 인해 다시 주목을 받고 있습니다. 상평형에 대한 잔여물 수준 효과를 설명할 때 대략적인 모델은 제한됩니다. 여기에서는 원자 모델링을 사용하여 γ-크리스탈린의 상태 다이어그램을 보고합니다. 화학적 전위를 계산하기 위한 FMAP 방법과 고밀도 단백질 용액의 구성 샘플링을 위한 브라운 역학 시뮬레이션을 결합하여 이항 및 임계 온도(Tc)를 산출함으로써 계산이 가능해졌습니다. 우리는 낮은 Tc 파라로그인 γB보다 알려진 높은 Tc γ-크리스탈린인 γF에 대해 더 높은 Tc를 얻습니다. Tc의 차이는 두 번째 비리얼 계수의 차이로 확증됩니다. 단백질간 상호작용의 분해는 130번 위치의 Ser에서 Trp로의 γB와 γF 사이의 하나의 아미노산 치환이 Tc 차이의 주요 원인임을 나타냅니다. 이러한 유형의 분석을 통해 우리는 상평형을 아미노산 서열에 연결하고 상평형을 변경하기 위한 돌연변이를 설계할 수 있습니다.

단백질의 액체-액체 상 분리는 최근 몇 년 동안 집중적으로 연구되어 왔습니다. 그 이유는 생성된 생체분자 응축물이 전사에서 스트레스 조절에 이르는 다양한 세포 과정을 중재하고 질병 관련 응집이 발생하기 쉽기 때문입니다1,2,3. 대부분의 관심은 본질적으로 무질서한 단백질(IDP) 또는 긴 무질서 영역을 가진 단백질에 집중되어 왔으며, 이는 부분적으로 이러한 단백질이 상 분리를 겪는 강한 경향 때문입니다. 이러한 경향은 내인성 장애로 인해 단백질이 상분리를 유도하는 다가 상호작용을 쉽게 형성할 수 있다는 사실에서 발생합니다. 아이러니하게도 상 분리는 동물의 수정체에 고농도로 존재하는 γ-크리스탈린13,14을 포함한 구조화된 단백질에서 처음으로 관찰되었습니다. 구조화된 단백질의 경우, 상 분리를 유도하는 다가 상호작용의 형성에는 고농도가 필요합니다12. 결과적으로 구조화된 단백질의 상 분리는 높은 포화 농도 및/또는 낮은 임계 온도(Tc)를 특징으로 하며, 둘 다 실험 연구에 어려움을 초래합니다. 무질서한 단백질의 상분리를 위한 서열 결정인자는 잘 연구되어 있는 반면, 구조화된 단백질에 대해서는 이 중요한 문제에 대한 우리의 이해가 뒤떨어져 있습니다.

소, 쥐 및 인간의 렌즈에서 각각 최대 6개의 상동성이 높은 γ-크리스탈린이 확인되었습니다(그림 1a 및 보충 그림 1a). 상 분리에 대한 Tc 값에 따라 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 하나는 소 γB로 표시되며 Tc는 10°C 미만입니다. 소 γF로 표시되는 다른 하나는 체온 근처의 Tc를 갖습니다. High-Tc γ-크리스탈린은 피질보다 수정체 핵에 더 높은 수준으로 존재하여 굴절률 구배에 기여합니다. γ-크리스탈린의 상 분리는 백내장을 유발할 수 있으며 β-크리스탈린과 같은 다른 성분에 의해 억제됩니다. 쥐의 수정체를 냉각시키면 상분리가 관찰되는데, 이는 냉백내장(cold cataract)으로 알려진 현상이다. 백내장을 유발하는 여러 점 돌연변이가 상 분리에 미치는 영향이 연구되었습니다. 예를 들어 R14C(이황화물 가교를 방지하기 위한 환원제의 존재 하에서) 및 인간 γD의 E107A에 의한 Tc의 결과적인 변화는 작았습니다22,23.

γB와 γF의 서열 정렬. 잔기 수는 γB에 따릅니다. 위치 130의 차이는 각각 γB와 γF의 아미노산 S와 W에 대해 녹색과 주황색으로 강조 표시됩니다. 두 도메인 사이의 링커는 소문자입니다. 서열은 각각 γB 및 γF에 대해 UniProt(https://www.uniprot.org/) 항목 P02526 및 P23005에서 검색되었으며 ClustalW58을 사용하여 정렬되었습니다. 소, 인간 및 쥐의 γ-크리스탈린의 모든 알려진 서열의 정렬은 보충 그림 1a에 나와 있습니다. b γB 및 γF 결정 구조의 중첩(PDB 항목 1AMM 및 1A45). γB와 γF는 각각 녹색과 파란색으로 만화 표현으로 표시됩니다. 위치 130의 측쇄는 γB의 경우 볼-스틱으로, γF의 경우 스틱으로 표시됩니다.