タンパク質の構造評価手法に基づく hNEU1 予測立体構造の妥当性評価

125

5.2.2.3 LERE-QSAR 解析 (hNEU1−シアル酸誘導体)

ホモロジーモデリングにより構築したhNEU1の予測モデル構造ならびにX線結晶解析構 造が既知であるhNEU2およびN1-NAとSet I化合物 (compounds 1–3)の複合体形成に伴 う実測の全自由エネルギー変化 (ΔGobs)の変動の支配要因を明らかにするLERE-QSAR解

析 [16–21]から, hNEU1 の予測モデル構造の妥当性評価を行った. 2.1 節で構築した

LERE-QSAR 解析の基本式 (2.6)において, 結合相互作用エネルギーΔEbind (= ΔEbind0 + Edisp)はMM法で算出し, ΔEbind0およびEdispはそれぞれΔEbindMM/es + LJ12およびELJ6により評 価した. 水和自由エネルギー変化の極性項ΔGsolpolarは, 前章と同様の理由・方法により, 統 計平均値 (<ΔGsolpolar>)として算出した. なお, <ΔGsolpolar>は古典的連続誘電体モデルであ るgeneralized Born-OBC I (GB-OBC I)法で評価した. 解離自由エネルギー変化ΔGdissは, それぞれの複合体系におけるpH環境が異なるため, その評価には多くの不確実性を伴うと 考えられるため, 考慮しないこととした. <ΔGsolpolar>を除く各エネルギー項は, 前節のモデリ ング方法に従って構築した各複合体構造に基づき算出した. 最終的に式 (2.6)から下式 (5.1)を導き, これを各複合体に対するLERE-QSAR解析における基本式とした.

ΔGobs=γ1 (ΔEbindes+ΔEbindvdW+<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>) + const3 (5.1)

ここで, ΔEbindMM/es + LJ12とELJ6の和を, MM法による静電相互作用エネルギーΔEbindesとvan

der Waals 相互作用エネルギーΔEbindvdW (= ELJ6 + ELJ12)の和とした. また, Set II 化合物

(compounds 3–6)を用いた hNEU1 の予測モデル構造のさらなる妥当性評価についての

LERE-QSAR解析も, 上式 (5.1)に基づき行った.

図5.

(a) hNEU は, それ で表す.

表5.7は れている viridifac 基の二 要となる の比較 造におい 合がtem た, α^-he (表 5.7 (VASA/SA

測モデル であると いても, モデル構

以上 鎖構造 ことを確

(a)

6 hNEU1 U1 (予測モデ れぞれ赤色お

Arginine tria

は, hNEU1の る環境などの

ciens (1EU 面角が立体 る基本骨格の

においても いても, ノイ mplateとほ elixの割合 7 (b)). さ ら

ASA)や回転半

ル構造と te と考えられる templateと 構造中の各 より, ホモロ , 形状およ 確認した.

とtemplate ( デル構造), ( および黄色で

adはstickモ

の予測モデ の一般的な UR)のそれら 体的許容領 の大部分は

, 大差がな イラミニダー ぼ同等であ 合が低いこと

ら に, タ ン 半径 (Rg)な emplate との る (表5.7 (c

の差は小さ 各アミノ酸残 ロジーモデリ よび各アミノ

(hNEU2 (1V b) hNEU2 (1 で表す. Asp b モデルで表す

デル構造の立 な評価結果を

らとともに示す 領域にあるこ

は良好に構築 ないことを確認 ゼに特徴的 あること (hN

(hNEU1: 4 パ ク 質 の 表 などの形状パ

の間の差は c)). 全アミノ さいことから 残基が置かれ

リングに基づ 酸残基が置

(b)

126 VCU), M. vi 1VCU), (c) M

boxおよびR

す.

立体化学的 を, template す. hNEU1 ことから, タン

築できている 認できる (表 的なβ^-prope NEU1: 42%, 4%, hNEU2 表 面 積 (S パラメータの は小さいことか

ノ酸残基に (hNEU1: 0 れている環境 づき構築した 置かれている

iridifaciens ( M. viridifacien RIP motifは,

的な質, 形状 eとして用い 1の主鎖構造

ンパク質の ること, また 表5.7 (a)).

llerの基本 , hNEU2: 50 2: 6%, M. v SASA), 体 積 のいずれの指

から, モデル ついてのV 0.40, hNEU 境も妥当であ た hNEU1 の る環境につ

(1EUR))の ns (1EUR). α

それぞれ青

状および各ア いたhNEU2

造において 高次構造を た, templateと

加えて, タ 本構造を形成

0%, M. virid viridifaciens 積 (VASA)お 指標におい ル構造の形 Verify 3Dス U2: 0.47, M.

あると判断で の予測モデ ついては, い

(c)

3次元立体

α-helixおよび 青色およびマ

アミノ酸残基 2 (1VCU)お て, 98%のア

を形成するう として用いた タンパク質の 成するβ^-stra

idifaciens: 4 s: 3%)を確認 お よ び 両 者

いても, hNEU 形状について スコアの平均

viridifacien できる. デル構造にお

いずれも良好 体構造

びβ-sheet マゼンタ色

基が置か およびM.

アミノ酸残 うえで重 た構造と の二次構 and の割 43%), ま 認できる 者 の 比 率 U1の予 ても妥当 均値にお ns: 0.44), おける主 好である

127

表5.7 タンパク質の構造評価 ((a) Ramachandran plotによる主鎖構造の評価, (b) 二次構 造の評価, (c) 形状評価)

(a) Ramachandran plot core allowed generous disallowed Gly and Pro^a total scientific name species n % n % n % n %

hNEU1

(model^b) mammalian 262 85.9 37 12.1 4 1.3 2 0.7 58 363 hNEU2

(1VCU^c) mammalian 257 80.8 61 19.2 0 0 0 0 55 373 M. viridifaciens

(1EUR^c) bacteria 258 88.1 31 10.6 4 1.4 0 0 68 361

(b) Secondary structure α-helix β-strand turn random coil scientific name species n % n % n % n % hNEU1

(model^b) mammalian 14 3.9 153 42.1 36 9.9 160 44.1 hNEU2

(1VCU^c) mammalian 24 6.4 187 50.1 44 11.8 118 31.6 M. viridifaciens

(1EUR^c) bacteria 11 3.0 156 43.2 47 13.0 147 40.7

(c) Compactness parameter

scientific name species S_ASA^d V_ASA^e V_ASA/S_ASA^f R_g^g Verify 3D score^h hNEU1

(model^b) mammalian 16659 64603 3.9 19.1 0.40 (0.03) hNEU2

(1VCU^c) mammalian 14945 66160 4.4 19.2 0.47 (0.02) M. viridifaciens

(1EUR^c) bacteria 13911 61356 4.4 18.9 0.44 (0.01)

a Number of Gly, Pro, and terminal-residues.

b Final model of hNEU1.

c Template.

d Accessible surface area of a protein (in Ų).

e Volume of a protein (in ų).

f Ratio of V_ASA to S_ASA (in Å).

g R_g is radius of gyration: R_g=Σ(m_ir_i/M)^1/2, where m_i= mass of the i-th atom, r_i= distance of the i-th atom from center of gravity, and M = mass of a protein.

h Average value of all amino acid residues in a protein and standard deviation (in parentheses).

5.3.1.2

Seyra れらの臨 hNEU1 のうち_, 予測モデ と_hCath 質相互作 タンパク ノ酸残基 Lukong 良好に対 られる_.

活性部位 れぞれ青

2 シアリ

antepe ら _[2 臨床表現型 の予測モ hNEU1 自 デル構造に h Aとの多酵

作用に影響 ク質表面に位

基に変異が gら _[272]が

対応してお

図_5.7 位近傍, hCat 青色, 橙色お

リドーシス

294]は_, シア 型を報告し

デル構造に 身の酵素活 における活性

酵素複合体 響を及ぼすと 位置してい が生じた場合 が構築した_hN おり_, 本解析

hNEU1の

th Aとの会合

および緑色の

ス患者にお

アリドーシス ており_, 図 におけるこれ 活性に影響

性部位近傍 体の形成にお

と示唆される る_. また_, 活 合_, 重症化

NEU1の予 における_hN

の予測モデル 合面およびそ のCPKモデル

128

おけるhNE

ス患者におい 5.7 は_, ホ れらのアミノ 響を及ぼすと 傍に位置して

おける両者 るアミノ酸残 活性部位近 化する傾向を 予測モデル構

NEU1のモ

ル構造にお それ以外に位

ルで表す. D

EU1変異

いて確認さ ホモロジー ノ酸残基の変 と示唆される

ていることを 者の会合面_,

残基の変異の 近傍およびタ

を確認できる 構造における デル構造の

おけるアミノ酸 位置すると推

DANAはstic

アミノ酸残

れる変異型 モデリング 変異位置を る変異アミノ酸 を確認できる

すなわちタ の一部につ タンパク質表

る ₍表 _5.8) るアミノ酸残 の妥当性を支

酸残基の変 推測される変異

ckモデルで表

残基位置の

型 _hNEU1 お グに基づき構 を示している

酸残基は ₍ る_. 一方で_,

タンパク質₋ ついては_{, hN}

表面に位置 ). これらの 残基の変異位

支持するもの

変異位置 異アミノ酸残

表す.

の検証

およびそ 構築した . これら (表 _5.8),

hNEU1 タンパク NEU1の 置するアミ 結果は_, 位置とも のと考え

残基は, そ

129

表5.8 シアリドーシス患者において確認される変異型hNEU1およびそれらの臨床表現型^a

mutation location phenotype severity

Val54Met others type I^b mild

Gly68Val others type II congenital^c severe Pro80Leu active site type II congenital^c severe

Leu91Arg active site type II^c severe

Leu111Pro others type I^b mild

Gly136Glu others type I adult^b mild Ser182Gly others type I adult^b mild Val217Met hCath A binding site type I^b mild Gly219Ala hCath A binding site type I^b mild Gly227Arg hCath A binding site type II infantile^c severe Leu231His hCath A binding site type I^b mild Trp240Arg hCath A binding site type II congenital^c severe

Gly243Arg hCath A binding site type I^b mild Phe260Tyr hCath A binding site type II infantile^c severe Leu270Phe hCath A binding site type II infantile^c severe Val275Ala others type I adult^b mild Arg294Ser hCath A binding site type I^b mild Ala298Val hCath A binding site type II infantile^c severe Pro316Ser active site type I^b mild

Gly328Ser others type I^b mild

Pro335Gln active site type II congenital^c severe

Thr345Ile others type I^b mild

Leu363Pro active site type II infantile^c severe Tyr370Cys active site type II infantile^c severe

a Taken from ref. 294.

b Sialidosis type I, or the nondysmorphic type, is a relatively mild and late onset form.

c Sialidosis type II, or the dysmorphic type, is the early-onset form.

130

5.3.2 LERE-QSAR 解析に基づくhNEU1予測立体構造の妥当性評価

ドキュメント内 分子科学計算・シミュレーションを用いた自由エネルギー変化の線形表現解析に基づく定量的構造活性相関に関する研究 (ページ 135-140)