天然変性タンパク質における再構成ダイナミクスの動的緩衝

天然変性タンパク質のダイナミクスは機能にとって重要であり、結合パートナーや溶液条件の変化に応じて不均一な立体構造アンサンブルが迅速に再構成されることを可能にしています。しかし、配列組成と鎖ダイナミクスとの関係はほとんど研究されていません。本研究では、鎖長が同一でありながら極めて多様な配列を持つ16種類の天然変性領域のダイナミクスを特徴付けました。単一分子FRETから推定された鎖寸法には配列による強い変動が見られるにもかかわらず、ナノ秒蛍光相関分光法により得られた鎖の再構成時間は配列にほとんど依存しないことが示されました。この驚くべき観察結果は、よりコンパクトな変性タンパク質で観察されてきた内部摩擦に起因するダイナミクスの遅延とは対照的です。我々は、これら16種類すべての変性タンパク質を対象としたマルチマイクロ秒の全原子明示的溶媒シミュレーションを用いてこの効果を調査しました。シミュレーションは実験的なFRET効率をほぼ定量的な精度で再現し、FRET色素を明示的に含めることでタンパク質アンサンブルの摂動を最小限に抑えつつ実験との一致を向上させました。極めて重要な点として、シミュレーションは配列間での再構成時間と鎖寸法との間の相関の欠如も再現しており、鎖がよりコンパクトになるにつれて生じる2つの競合する要因に起因するものとしてこの観察結果を合理的に説明することを可能にしました。末端間距離分布の狭小化と、それに伴う対応する鎖内拡散係数の減少は相反する効果を持ち、結果として鎖寸法に対する再構成時間の変動をごくわずかなものにとどめています。これらの補償因子はリンカーダイナミクスに対する配列の影響を「緩衝」し、配列が進化する中で機能の維持を助けている可能性があります。