BRICHOSドメインの短い疎水性ループモチーフは、非晶質タンパク質の凝集に対するシャペロン活性を決定するが、アミロイド形成に対するシャペロン活性は決定しない

Apr 28, 2024

Communications Biology volume 6、記事番号: 497 (2023) この記事を引用

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ATP非依存性分子シャペロンは細胞のフィットネスを維持するために重要であるが、部分的に折り畳まれていないタンパク質基質の凝集を防ぐための分子決定因子、特に集合状態と基質認識の基盤に関しては依然として不明である。 BRICHOS ドメインは、その集合状態と配列に応じて、小規模熱ショック (sHSP) のようなシャペロン機能をさまざまな程度で実行できます。 今回、我々はシャペロン活性ドメイン内の3つの疎水性配列モチーフを観察し、BRICHOSドメインがより大きなオリゴマーに集合する際にそれらが表面に露出することを発見した。 ループスワップ変異体と部位特異的変異体の研究により、3 つの短いモチーフの生物学的疎水性が非晶質タンパク質の凝集を防ぐ効率と直線的に相関していることがさらに明らかになりました。 同時に、それらは、秩序あるアミロイド原線維形成を妨げる能力とはまったく相関しません。 線形相関は、BRICHOS とは無関係の sHSP からの短い疎水性配列モチーフを含むキメラの活性も正確に予測します。 我々のデータは、非晶質タンパク質の凝集に対する効率的なシャペロン活性には、オリゴマー化によって集められた短く露出した疎水性モチーフで十分かつ必要であることを示している。

分子シャペロンは、ポリペプチドの正しいフォールディングを支援することにより、タンパク質恒常性機構の中心となっています 1,2。 それらの中で、小型熱ショックタンパク質（sHSP）のようなATP非依存性分子シャペロンは、フォールディングされていない、またはミスフォールドした基質に結合し、それらを可溶性のリフォールディング可能な状態に保つことにより、タンパク質凝集による有害な結果を防ぎます3,4。 Bri2 は II 型膜貫通タンパク質であり、遍在的に発現しており、そのタンパク質分解プロセシングにより分子シャペロン ドメイン (BRICHOS5、6) が放出されます。 興味深いことに、HSP60、HSP70、HSP90 などの他の分子シャペロンは、脳と網膜の Bri2 インタラクトームの一部です 7,8。 単離された Bri2 BRICHOS ドメインは、クリスタリンやクラスタリンなどの ATP 非依存性分子シャペロンと同様に、いくつかのアミロイド形成基質の凝集経路を調節し、アミロイド関連毒性を回避し、非線維性の非晶質タンパク質の凝集を防ぎます9、10、11、12。 13. Bri2 BRICHOS ドメインがアルツハイマー病 14、15、16、II 型糖尿病 17、パーキンソン病 18 などのタンパク質凝集疾患に関与する基質と相互作用する能力は、細胞のタンパク質恒常性に対するその潜在的な重要性を強調しています。

BRICHOS ドメインのサイズは約 100 アミノ酸残基で、共有結合および非共有結合相互作用によって安定化された二量体から大きな多分散オリゴマーまでの範囲の単量体または多量体として存在します 11、19、20。 ヒトの Bri2 および Bri3、BRICHOS ドメインは集合して約 20 ～ 30 サブユニットの大きなオリゴマーとなり、非晶質タンパク質の凝集を効果的に阻害します。 対照的に、Bri2 BRICHOS の単量体および二量体、および主に三量体として存在するプロサーファクタント プロテイン C (proSP-C) の BRICHOS ドメインはすべて、非晶質タンパク質の凝集に対して不活性です 9、11、19、20。 異なるファミリーに由来する BRICHOS ドメインのペアワイズ配列同一性は低いですが、proSP-C BRICHOS 結晶構造に基づく Bri2 BRICHOS モノマーの相同性モデルは、長い結合を介して接続された 2 つの α ヘリックスが両側に位置する保存された中央の 5 本鎖 β シートを示しています。柔軟なループ (図 1a、b)19、20、21、22。 現在までのところ、Bri2 BRICHOS ドメインについて利用可能な原子詳細の実験構造はありません。これはおそらく、単量体サブユニットが立体構造的に動的であるという事実 23 と、より大きなオリゴマーが多分散であるという事実に関連していると考えられます (以下を参照)。

a wt proSP-C BRICHOS 三量体の結晶構造からの単一サブユニット (PDB アクセッション番号: 2yad)。 点線は結晶構造に欠落しているループを示し、そのコア領域は青い影でマークされています。 配列は、極性残基の青から疎水性残基の赤まで段階的にラベル付けされます。 b AlphaFold 2 によってモデル化された Wt Bri2 BRICHOS。ループ コアは (a) のようにラベル付けされています。 c ヒトBRICHOSループ領域のアミノ酸配列（アラインメントについては補足図1を参照）（a、b）のように色分けされています。 ここで研究した BRICHOS ドメインは太字で、モチーフ 1 ～ 3 は四角で囲み、T206 は矢印で示します。 d ループ スワップおよびデルタ ループのバリアントの概略モデル。 e BRICHOS オリゴマー バリアントの SEC (左) とサブユニットの推定数 (右)。 サブユニットの数は、SEC ピーク最大値 (ボックスの上の中心線と数字で示される) から推定され、ボックスは半値全幅を表します。