タンパク質設計の柔軟な要素が新たな構造を可能に (Protein design: flexible components allow new architectures)

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2025-02-25 ミュンヘン大学(LMU)

ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン(LMU)のAlena Khmelinskaia教授とワシントン大学のNeil King教授が率いる国際研究チームは、人工的に設計されたタンパク質が予測とは異なる構造を示す理由を明らかにしました。研究では、3種類のデザイナータンパク質を分析し、これらが実験で予測と大きく異なる構造を持つことを発見しました。具体的には、これらのタンパク質には柔軟な局所領域が存在し、完全に剛直ではないため、複数の定義された構造(オリゴモルフィズム)を取ることが判明しました。この柔軟性により、ウイルスの殻や小胞の形成をサポートする天然のタンパク質と同様に、さまざまなサイズや形状を持つことができます。この発見は、特定の用途に合わせた適応可能なタンパク質の開発に新たな可能性を提供し、カスタマイズされたタンパク質ナノマテリアルの設計を大きく前進させると期待されています。

<関連情報>

計算によって設計されたタンパク質集合体において、局所的な構造の柔軟性がオリゴモルフィズムを駆動する Local structural flexibility drives oligomorphism in computationally designed protein assemblies

Alena Khmelinskaia,Neville P. Bethel,Farzad Fatehi,Bhoomika Basu Mallik,Aleksandar Antanasijevic,Andrew J. Borst,Szu-Hsueh Lai,Ho Yeung Chim,Jing Yang ‘John’ Wang,Marcos C. Miranda,Andrew M. Watkins,Cassandra Ogohara,Shane Caldwell,Mengyu Wu,Albert J. R. Heck,David Veesler,Andrew B. Ward,David Baker,Reidun Twarock & Neil P. King
Nature Structural & Molecular Biology  Published:26 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41594-025-01490-z

タンパク質設計の柔軟な要素が新たな構造を可能に (Protein design: flexible components allow new architectures)

Abstract

Many naturally occurring protein assemblies have dynamic structures that allow them to perform specialized functions. Although computational methods for designing novel self-assembling proteins have advanced substantially over the past decade, they primarily focus on designing static structures. Here we characterize three distinct computationally designed protein assemblies that exhibit unanticipated structural diversity arising from flexibility in their subunits. Cryo-EM single-particle reconstructions and native mass spectrometry reveal two distinct architectures for two assemblies, while six cryo-EM reconstructions for the third likely represent a subset of its solution-phase structures. Structural modeling and molecular dynamics simulations indicate that constrained flexibility within the subunits of each assembly promotes a defined range of architectures rather than nonspecific aggregation. Redesigning the flexible region in one building block rescues the intended monomorphic assembly. These findings highlight structural flexibility as a powerful design principle, enabling exploration of new structural and functional spaces in protein assembly design.

生物工学一般
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