タンパク質が偶然に自らを縛り付け、異常な再折り畳み挙動を説明する(Protein accidentally lassos itself, helping explain unusual refolding behavior)

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2025-03-14 ペンシルベニア州立大学(PennState)

ペンシルバニア州立大学の研究者たちは、タンパク質のフォールディング過程において、予期しない再フォールディングパターンを引き起こす可能性のある新たなミスフォールディング機構を明らかにしました。 この研究では、ホスホグリセリン酸キナーゼ(PGK)というタンパク質を対象に、コンピューターシミュレーションと再フォールディング実験を組み合わせて、そのフォールディング動態を解析しました。その結果、タンパク質の一部が他のセグメントを絡め取る「非共有結合ラッソーエンタングルメント」と呼ばれるミスフォールディングが発生し、これが通常のフォールディングプロセスの障害となることが示されました。このミスフォールディングを修正するには高エネルギーまたは広範なアンフォールディングが必要であり、その結果、1990年代に初めて観察された予期しない再フォールディングパターンが生じることが分かりました。これらの発見は、ミスフォールディングによって引き起こされる疾患の予防や治療法の開発に役立つ可能性があります。

<関連情報>

タンパク質のミスフォールディングに絡まることで、指数関数的なリフォールディングキネティクスの起源の構造的説明が可能になる Protein misfolding involving entanglements provides a structural explanation for the origin of stretched-exponential refolding kinetics

Yang Jiang, Yingzi Xia, Ian Sitarik, Piyoosh Sharma, […], and Edward P. O’Brien
Science Advances  Published:14 Mar 2025

タンパク質が偶然に自らを縛り付け、異常な再折り畳み挙動を説明する(Protein accidentally lassos itself, helping explain unusual refolding behavior)

Abstract

Stretched-exponential protein refolding kinetics, first observed decades ago, were attributed to a nonnative ensemble of structures with parallel, non-interconverting folding pathways. However, the structural origin of the large energy barriers preventing interconversion between these folding pathways is unknown. Here, we combine simulations with limited proteolysis (LiP) and cross-linking (XL) mass spectrometry (MS) to study the protein phosphoglycerate kinase (PGK). Simulations recapitulate its stretched-exponential folding kinetics and reveal that misfolded states involving changes of entanglement underlie this behavior: either formation of a nonnative, noncovalent lasso entanglement or failure to form a native entanglement. These misfolded states act as kinetic traps, requiring extensive unfolding to escape, which results in a distribution of free energy barriers and pathway partitioning. Using LiP-MS and XL-MS, we propose heterogeneous structural ensembles consistent with these data that represent the potential long-lived misfolded states PGK populates. This structural and energetic heterogeneity creates a hierarchy of refolding timescales, explaining stretched-exponential kinetics.

生物工学一般
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