ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No2

概要

日本結晶学会誌Vol58No2

日本結晶学会誌 第58巻 第2号（2016） 93超巨大タンパク質会合体ヘモシアニンのX線結晶構造解析向きのコンフォメーションが混在していたことを意味している（ 図2C，D）．位相決定直後は，内部領域も含めてD5の対称性をもった分子と考えて構造精密化をしていたが，内部領域のFU同士が立体障害をもつことから（図2C），上記のように複数のコンフォメーションが混在していると結論した．このような分子パッキングの影響により，外壁領域では良好な電子密度が観察されたのに対し，内部領域の電子密度は不明瞭であった．さらに，内部領域を構成するFU-d*については，相手のコンフォメーションの内部領域と複雑に重なり合っていたため（図2C），その構造モデルを構築することができなかった（ただし，Cuの異常散乱差フーリエマップを基に，Cu2O2クラスターの位置だけは決定できた（図2 のピンクのball））．10 量体を構成する各々のプロトマーは，隣接する5 つのプロトマーと相互作用していた（図2A）．例えばプロトマーAはプロトマーB，J，C，I，Dと接触していた．プロトマーB，J，C，I とは主に外壁領域同士で相互作用していたが，プロトマーDとは，内部領域を用いて相互作用していた．2 回対称的に会合したプロトマーA-Bの2 量体が隣接するプロトマーC-D 2量体と相互作用する際，外壁領域同士の相互作用に加え，最も離れたプロトマーAとDの内部領域で相互作用することにより，安定な会合体を形成できると考えられる．したがって，内部領域は，プロトマー2 量体同士を安定に会合させるためのホチキスのような役割を担っていると考えられる．4．FU の構造各々のプロトマーには分子量約50 kDa のFUが8 つ存在するが，これらのFUはいずれも，外壁領域，内部領域の違いに関係なく，非常に類似した構造をしていた（各FU間のRMSDは，いずれも1.9 A以下であった）．FUの構造は，主にα へリックスで構成されるN末端ドメイン（NTD）とβ鎖の多いC末端ドメイン（CTD）の2つのドメインから構成されており（図3A），すべてのFUのNTDの中心部にCu2O2クラスターが結合していた．Cu2O2 クラスターは，2 つのCuイオンとその間に結合した酸素分子により構成さる補欠分子族であり，これを用いてヘモシアニンは酸素分子を運搬している．円筒状のヘモシアニンには合計80 個のFUが存在しており，それぞれのFUがCu2O2 クラスターを有しているため，1 分子のヘモシアニンで80 個の酸素分子を運搬できることになる．Cu2O2クラスター中の2つのCuイオンは，いずれも3 つのヒスチジン残基に配位されており，さらに，そのうちの1 つは近傍に存在するシステインとチオエーテル結合という特殊な共有結合を形成していた（図3B）．このようなCu2O2クラスターへの配位構造は，すべてのFUで共通にみられた．5．10 量体の形成機構3.8 MDaにも及ぶ巨大な会合体を形成するヘモシアニンだが，上記のとおり，それを構成するFUはすべて非常に類似した構造をしていた（図3A）．したがって，ヘモシアニンは複数のFUを複雑に会合させることで巨大な構造体を作り上げていると言える．外壁領域には，FU-a，-b，-c，-d，-e，-f の6つのFUが存在するが，よく見ると，FU-aとFU-bは2回対称性をもつ2量体を形成していた（以後FU- （a-b）と記載する）（ 図4）．同様に，FU-dとFU-e，FU-cとFU-fも類似したFUの2量体を形成していた（ それぞれ，FU- （d-e），FU-（c-f））．これらの構造的特徴から，FUの2量体が1つの構造単位となり，それらが会合することで外壁領域が構築されているということがわかった．面白いことに，これらのFU2量体のうち，FU- （d-e）とFU- （c-f）は隣接するプロトマー間（例えばプロトマーAとB）で2量体が形成されていた．すなわち，隣接するプロトマー同士は，複雑にドメインスワップしながらプロトマー間でFU2量体を形成しているのである．このような複雑な構造により，隣接するプロトマー同士がしっかりと2 量体を形成でき，それらが会合することで安定な外壁領域が構築できると考えられる．内部領域では，FU-g同士がプロトマー間でFUの2 量チオエーテル結合H60C58H182 H41H210O2Cu2 Cu1(B)FU-d FU-e FU-f FU-gFU-b FU-cCTD糖鎖修飾Cu2O2 クラスターNTDFU-a(A)図3 FUの構造．（Structure of FU.）（A）各FUのリボンモデル．Cu2O2 クラスターと糖鎖修飾をballで表示している．（B）Cu2O2クラスター周辺の構造（FU-aのもの）．これらの図は，Elsevierの許可を得て文献8）から転載した．