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ありかつすえがら
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1 pp. N Tom Tom Tom - Tom µm Soft interaction for the recognition of mitochondrial targeting signal Daisuke Kohda Division of Structural Biology, Medical Institute of Bioregulation, Kyushu University, Maidashi, Higashi-ku, Fukuoka, Fukuoka, Japan Tom

2 A B SH

3 N C DNA MHC Fab Fv RecA S-S J Hsp cytochrome c peroxidase-cytochrome c S-S N N N Tom N Tom N Tom Tom Tom translocase of outer membrane Tom kda Tom Tom Tom NMR Tom N NMR ALDH aldehyde dehydrogenase Kd µm

4 Tom Tom NOE NOE ALDH NMR Tom φχχφφ φ χ Tom σφχβφφ φ β σ χ S-S NMR Tom Tom C C S-S Tom S-S S-S Tom S-S S-S Tom Tom Tom N S-S Tom α Tom Tom NMR S-S Tom Tom Tom Tom Tom induced fit

5 ８９２生化学第８巻第１号図２ Tom２タンパク質の構造と機能ミトコンドリア内部へ輸送されるタンパク質の N 末端にはプレ配列と呼ばれるアミノ酸配列が余分に付加されているプレ配列はミトコンドリア外膜に存在する Tom２受容体タンパク質に結合する Tom２に結合するアミノ酸配列の傾向をシークエンスロゴで表現した９積み上がった文字セット全体の高さはその位置における特定のアミノ酸に対する好みの偏りを表しているまた個々の文字の大きさはそれぞれの出現頻度を表す色分けはアミノ酸の性質を表している例えば黄色は疎水性アミノ酸マゼンタは芳香族アミノ酸青は塩基性アミノ酸である５種以上のミトコンドリアタンパク質のプレ配列がもつアミノ酸配列の多様性を反映して Tom２が許容するアミノ酸配列はかなり広範囲にわたる Tom２タンパク質は TOM 複合体と呼ばれる膜タンパク質複合体の一員であるミトコンドリアタンパク質はアンフォールド状態のまま Tom４がつくるチャンネルの中を通過して外膜を横断する NMR を用いて決定した Tom２プレ配列複合体構造７は現在までに四つの英語教科書に絵として採用されている青いリボンがプレ配列ペプチドである１ CELL BIOLOGY,１st edition ２２, W.B. Saunders, Philadelphia, Figure１９-１, ２ BIOCHEMISTRY Volume１, ３rd edition ２３, John Wiley & Sons, Figure１２-６９, ３ CELLS, １st edition ２７, Jones and Bartlett, Massachusetts, Figure ３５, ４ Molecular Biology of the Cell, ５th edition ２８, Garland Science, Figure １２-２２. 最後の教科書内の図の脚注のなかで alcohol dehydrogenase とあるのは誤りで aldehyde dehydrogenase が正しい

２８年１月８９３図３ Tom２プレ配列複合体の結晶化用コンストラクトのデザインと実際に得られた結晶構造 A ALDH

結合を形成させたリンカーの X の位置がチロシンの場合とアラニンの場合のそれぞれの結晶構造を決定した B 二つの結晶構造のオープンブックビューを示す

タンパク質がプレ配列と相互作用するときは二つ以上の結合状態が速い交換をしていることを表す模式図この仮説を分子シーソーモデルと呼ぶことにするプレ配列は α

6 ２８年１月８９３図３ Tom２プレ配列複合体の結晶化用コンストラクトのデザインと実際に得られた結晶構造 A ALDH タンパク質由来のプレ配列の一部分のアミノ酸配列緑色 C 末端側に３残基のリンカー赤色を介してシステイン残基黄色を付加した Tom２のシステイン残基と分子間 S-S 結合を形成させたリンカーの X の位置がチロシンの場合とアラニンの場合のそれぞれの結晶構造を決定した B 二つの結晶構造のオープンブックビューを示すプレ配列の三つの疎水性残基 Leu１５, Leu１８, Leu１９と Tom２側の二つの疎水性サイトとの間の相互作用をで表している図４ Tom２タンパク質がプレ配列と相互作用するときは二つ以上の結合状態が速い交換をしていることを表す模式図この仮説を分子シーソーモデルと呼ぶことにするプレ配列は α へリックス構造をとっているので円筒形で表現しているプレ配列に存在する三つの疎水性残基を Tom２にある二つの疎水性サイトで認識しているこの動的認識メカニズムが Tom２のプレ配列に対する広い特異性を説明できることを提唱する

7 Tom α LXXLL i, i i, i S-S α D-Cys i L-Cys i ALDH Tom Pro Ser D L DCYSpep Ac-Gly-cyclo D-Cys-Arg-Leu-Cys -Arg-Leu-Leu-Ser-Tyr-Ala- NH Tom NMR Kd µm S-S DCYSpep Kd µmdcyspep Kd4 µm Tom DCYSpep Tom DCYSpep Tom Tom HPLC Tom Tom Tom DCYSpep NMR NMR α Tom Tom S-S NMR X S-S S-S NOE S-S

8 Tom Tom S-S S-S NMR NMR NMR X Tom dynamic disorder static disorder NMR NMR Tom Tom NMR S-S ph ph α

9 NMR NMR NOE NMR NMR NMR NMR Tom NMR MRC Hennecke, J., Carfi, A., & Wiley, D.C.EMBO J.,,. Chen, Z., Yang, H., & Pavletich, N.P.Nature,,. Jiang, J., Maes, E.G., Taylor, A.B., Wang, L., Hinck, A.P., Lafer, E.M., & Sousa, R.Mol. Cell,,. Guo, M., Bhaskar, B., Li, H., Barrows, T.P., & Poulos, T.L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.,,., Abe, Y., Shodai, T., Muto, T., Mihara, K., Torii, H., Nishikawa, S., Endo, T., & Kohda, D.Cell,,. Muto, T., Obita, T., Abe, Y., Shodai, T., Endo, T., & Kohda, D.J. Mol. Biol.,,. Obita, T., Muto, T., Endo, T., & Kohda, D.J. Mol. Biol.,,. Igura, M., Ose, T., Obita, T., Sato, C., Maenaka, K., Endo, T., & Kohda, D.Acta Crystallogr. F,,. Saitoh, T., Igura, M., Obita, T., Ose, T., Kojima, R., Maenaka, K., Endo, T., & Kohda, D.EMBO J.,,. Shiau, A.K., Barstad, D., Loria, P.M., Cheng, L., Kushner, P.J., Agard, D.A., & Greene, G.L.Cell,,. Pellegrini, M., Royo, M., Chorev, M., & Mierke, D.F. J. Pept. Res.,,. Leduc, A.M., Trent, J.O., Wittliff, J.L., Bramlett, K.S., Briggs, S.L., Chirgadze, N.Y., Wang, Y., Burris,T.P.,&Spatola,A.F Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.,,.