本質的に無秩序な R2 を特徴付けるための力場のベンチマーク

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14226 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

真性無秩序タンパク質（IDP）は、不可逆的なアミロイド原線維を形成することにより、アルツハイマー病やALSなどの多くの疾患において重要な役割を果たしています。 球状タンパク質用に開発された力場 (FF) と IDP 用のその修正バージョンの有効性は、特定のタンパク質によって異なります。 この研究では、ALS に関係する IDP である FUS-LC ドメインの R2 領域 (R2-FUS-LC 領域) をシミュレートすることにより、AMBER や CHARMM を含む 13 の FF を評価します。 領域の柔軟性により、力場の包括的な評価には、局所的および全体的な立体構造を評価する複数の尺度を利用し、それらを組み合わせて最終スコアを得ることが重要であることを示します。 結果は、mTIP3p 水モデルを備えた c36m2021s3p が最もバランスのとれた FF であり、既知のものと互換性のあるさまざまな立体配座を生成できることを示唆しています。 さらに、mTIP3P 水モデルは、4 サイト水モデルを備えたトップランクの AMBER FF よりも計算効率が優れています。 この評価では、AMBER FF は CHARMM FF と比較してよりコンパクトな立体構造を生成する傾向があるだけでなく、より多くの非ネイティブ接触も生成する傾向があることも明らかになりました。 上位の AMBER FF および CHARMM FF は、ペプチド内接触を再現できますが、ペプチド間接触ではパフォーマンスが低く、改善の余地があることを示しています。

本質的に無秩序なタンパク質（IDP）は、環境とその結合パートナーに応じて異なる立体構造を形成できるタンパク質です1。 一部の IDP は自己凝集して、クロスβ構造をとるアミロイド原線維を形成することがあります2。 クロスβ構造は、プロトフィブリルと呼ばれる長いベータシートを形成する繊維の長さに沿って積み重なったベータストランドタンパク質/ペプチドで構成されています。 最後に、プロトフィブリルの複合体がアミロイドフィブリルを形成します3。

アミロイド原線維は、アルツハイマー病、パーキンソン病、II型糖尿病、筋萎縮性側索硬化症（ALS）4、6、7などの疾患4、5と関連しています。 ALS はまれな神経変性疾患 8,9 で、症例の 50% が最初の臨床症状が出てから 3 年以内に死亡します 10。 ALS 患者では、融合肉腫 (FUS) タンパク質の低複雑性 (LC) 領域でアミノ酸変異が見つかっています 11、12、13、14、15、16。 不可逆的なアミロイド原線維凝集が変異型 FUS-LC 領域で観察されているのに対し、可逆的原線維は野生型で観察されます 11、16、17。

ヒト FUS タンパク質 (526 残基) は、mRNA のスプライシングと転写に関与します。 FUS-LC-core33-96はアミロイド原線維形成に関与しており11、17、18、19、20、21、4つのリピートモチーフ（R1-R2-R3-R4）17を含んでいます（図S1、紫色のボックス）。 R1 / R2内では、タンデム[S/G]Y[S/G]モチーフが可逆性アミロイド線維コア（RAC）の形成に関与しているとされています17（図1および図S1）。 R2 領域は、R122,23 よりもフィブリル形成にとって重要であることが知られています。 FUS-LC-core33-9616,24（図1）の構造は、R2領域がLC-コアドメインの残りの部分との長距離接触をほとんど持たないことを示しています（図S2）。 したがって、R2-FUS-LC50-65 領域はアミロイド線維化を研究するための良い候補です。

全長融合肉腫（FUS）タンパク質のドメイン構成。 FUS N 末端の低複雑性 (LC) ドメイン (残基 1 ～ 214) には、QGSY に富むプリオン様ドメイン (1 ～ 165、紫色のボックス) と Gly に富んだ領域 (166 ～ 214、ピンク色のボックス) が含まれています。 QGSY リッチ ドメイン内には 4 つのリピート モチーフ (R1-R2-R3-R4) があります。 R2 (R2-FUS-LC 領域) 内には、原線維形成に関与する可逆的アミロイド原線維コア (RAC 2) があります。 FUS 細動を研究するために R2-FUS-LC 領域のみを取り上げます。 上の赤​​い四角の内側には、実験的に解明された R2-FUS-LC 領域の 2 つの異なる立体構造があります。 左側は、NMR 構造の 20 モデルから選択された R2-FUS-LC 領域の 6 つの代表です (PDB ID: 5W3N16、「U 字型」)。 右側は、PDB ID: 7VQQ24 のクライオ EM モデル、「L 字型」。 図は Microsoft PowerPoint および VMD v1.9.325 (https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/) を使用して作成されました。