Serine conformationって？

質問

ある医学系の論文で出てきたのですが、ある種の蛋白の特定のアミノ酸配列に対して反応するmonoclonal抗体についての内容で、抗体作製時の抗原がウシ由来の蛋白で、それを用いてヒトの組織を免疫組織染色すると、その蛋白が正常のものではほとんど染色されることはなく、リン酸化等の修飾により変性が進み、構造が変化したものが陽性に染色されるとのことです。
その原因として、ある特定の位置のアミノ酸がウシではserineであるのに対し、ヒトではprolineであるため、正常の蛋白はいまいち反応しないものの、その変性した蛋白で陽性反応を示すのは、prolineが "serine conformation"を起こしているためと結論づけています。
このserine conformationとは、一体どのような状態なのでしょうか？

回答No.28

noname#211914 · ベストアンサー

MiJunです。
ryumuさん、お礼が遅くなりましたがありがとうございました。
実は、ご紹介頂いた本をryumuさんが投稿される前に図書館から借り出して来て読んである程度理解してからと思ってましたので（これ以外にも3冊程借り出してますが）。

ryumuさん、基本的な質問から
１．tau 2が認識するシークエンス（sonorinさんの補足より）
　(Bovine) 　AGIGDTSNLEDQAAGHVTQARMVSK　…tau-2免疫抗原
　(Human)　 AGIGDTPSLEDEAAGHVTQARMVSK
　この部分の二次構造を予測することは可能でしょうか？
⇒1-2サイトで「二次構造予測」するのを見つけて、入れてみましたが駄目でした。
　（データが蓄積されていないと・・・？）
２．先に紹介したBBRCのPaperのように、同じシークエンスのペプチドを合成して
　　ＮＭＲ・ＣＤ等で検討すれば分かるのでしょうか？
３．「reverse-turn structure」とは、ご紹介頂いた本の「ターン」のどのタイプ
　　に相当するのでしょうか？
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sonorinさん、
確かに、Ｃ末に関してはconformationも含めて情報が多いようですが、Ｎ末に関しては情報が少ないようですね？
「tau抗体」に関しても、検索した論文にいくつか紹介されてますが、Ｎ末に関するものは補足で説明された以外には見つかりませんでした？

初歩的な質問ですが、
４．tau proteinは核内にあるのですよね？それで、tau proteinが存在する場（環境）はどのような場なのでしょうか？
　（種々のイオンの存在はあるのでしょうか？）
　⇒最終的にはtau proteinは親水的な場にあるのか、疎水的な場にあるのか？
　おそらく親水的な場にあるのでは想像しますが・・・？
（関連ありそうな？論文）
Biochemistry 2000 Aug 1;39(30):9039-46
Role of phosphorylation in the conformation of tau peptides implicated in Alzheimer's disease.
Daly NL, Hoffmann R, Otvos L Jr, Craik DJ.
Institute for Molecular Bioscience, Centre for Drug Design and Development, University of Queensland, Brisbane, 4072 QLD, Australia.
・Immunodominant peptides corresponding to tau(224-240) and a bisphosphorylated derivative in which a single Thr and a single Ser are phosphorylated at positions 231 and 235 respectively, and which are recognized by an Alzheimer's disease-specific monoclonal antibody, were the main focus of the study.
・The nonphosphorylated peptide adopts essentially a random coil conformation in aqueous solution, but becomes slightly more ordered into beta-type structure as the hydrophobicity of the solvent is increased by adding up to 50% trifluoroethanol (TFE).
・a small population of species containing a turn at residues 229-231 in the phosphorylated peptide
・the selection of a bioactive conformation from a disordered solution ensemble may be an important step (in either tubulin binding or in the formation of PHF) is supported by kinetic data on Pro isomerization.
・Thr231 phosphorylation affected the rate of prolyl isomerization and abolished tubulin binding.
・we find evidence for the existence of both trans and cis forms of tau peptides in solution but no difference in the equilibrium distribution of cis-trans isomers upon phosphorylation.
・Increasing hydrophobicity decreases the prevalence of cis forms and increases the major trans conformation of each of the prolines present in these molecules.
５. J.Neurochem.の論文でFig.6の結果の読み方を教えて下さい。特に、Ａの方ですが？
　（実験方法が良く理解出来てませんが？）
６．検索した論文の中には以下のようなものがあります。
J Biol Chem 1994 Aug 26;269(34):21614-9
Analysis of microtubule-associated protein tau glycation in paired helical filaments.
Ledesma MD, Bonay P, Colaco C, Avila J.
Centro de Biologia Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Cientificas-Universidad Autonoma de Madrid, Spain.
・paired helical filaments (PHFs), the major components of which are modified forms of the microtubule-associated protein tau.
・phosphorylation is one of the modifications that result in the polymerization of tau into PHFs.
・hyperphosphorylation alone is insufficient to explain the formation of PHFs.
・glycation may be one of the modifications hampering the binding of tau to tubulin in Alzheimer's disease, thus facilitating tau aggregation into PHFs.
ｇlycationに関しては専門家の間ではあまり問題視されていないのでしょうか？

さらに関連しそうな論文のAbst.抜粋を載せます（またまた混乱させるかもしれませんが・・・？）
(1)J Biol Chem 1997 Mar 28;272(13):8441-6
Conversion of serine to aspartate imitates phosphorylation-induced changes in the structure and function of microtubule-associated protein tau.
Leger J, Kempf M, Lee G, Brandt R.
Center for Neurologic Diseases, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02115, USA.
・A phosphorylation sites (positions 156 and 327), first to alanine to eliminate phosphorylation, and second to aspartate, to mimic phosphorylation.
・a serine to aspartate mutation at position 327 results in a conformational change similar to that caused by phosphorylation of this residue.
・an additional mutation at position 156 to aspartate drastically decreases the microtubule nucleation activity of tau but does not affect the activity of tau to promote microtubule growth.
(2) Mol Biol Cell 1997 Feb;8(2):353-65
Functional interactions between the proline-rich and repeat regions of tau enhance microtubule binding and assembly.
Goode BL, Denis PE, Panda D, Radeke MJ, Miller HP, Wilson L, Feinstein SC.
Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, University of California, Santa Barbara 93106, USA.
・a relatively well-characterized "repeat region" in the carboxyl terminus (containing either three or four imperfect 18-amino acid repeats separated by 13- or 14-amino acid long inter-repeats)
・a more centrally located, relatively poorly characterized proline-rich region.
・the microtubule binding activity of the proline-rich region to Lys215-Asn246 and identified a small sequence within this region, 215KKVAVVR221
・these capabilities are derived largely from Lys215/Lys216 and Arg221
・combining the proline-rich region sequences (Lys215-Asn246) with their adjacent repeat region sequences within a single peptide (Lys215-Lys272) enhances microtubule assembly by 10-fold
・intramolecular interactions between the proline-rich and repeat regions.
・a model in which efficient microtubule binding and assembly activities by tau require intramolecular interactions between its repeat and proline-rich regions.

以上です。
さらに調べを継続したいと思ってます。

補足

今回は特に熟考いただいて、有り難うございます。

４．についてですが、tau は細胞骨格蛋白の一種 tubulin に結合し、２本のtubulin をつなぐ役割を持つ細胞骨格関連蛋白（MAP）の最も低分子のもので、neuron では特に軸索に多く存在し、軸索内の物質輸送のレールを造るものです。neuron の細胞体部分（すなわち核周囲）には高分子のMAPが多く、これら細胞骨格関連蛋白は核内には存在しません。
またtau はリン酸化により、tubulin への結合能が制御され、リン酸化部位が多いと結合能が低下します。胎児性のtau は成人に比してリン酸化されており、成人ではリン酸化が無いかあるいは多くて３箇所ある程度ですが、胎児では約８箇所の生理的リン酸化部位が存在します。tau の変性は主にリン酸化が亢進した場合に生じ、この生理的リン酸化部位以外のSerやThrがリン酸化されています。
normal tauはどの程度親水性があるかどうかはちょっと分かりません。SDSに可溶かどうかについては言及されており、それを利用して異常リン酸化tauを抽出したりされていますが。
でも、疎水性アミノ酸はC末端側１/２（特にtau中央部付近）に多く、またtauのN末端半分は負に、C末端半分は正に荷電しています。

６．のglycationについては、数年前（丁度この論文の発表時）にNOとの関連性で研究対象のブームになっていましたが、今はあまり追求されていません。ですがこのglycationはtubulin 結合部位付近に数カ所確認されていたと思います。

５．についてですが、おかげでもう一度しっかり論文に目を通すことが出来、自分なりの仮説を立てることができた気がします。まず、Fig.6.ですが、この実験方法は、最初にバンドを染色する際の至適希釈を行ったtau-2抗体液を等量分け、これらに合成した２種のペプチド（Ser-peptide、Pro-peptide）を0, 10, 100, 500μMのモル濃度に添加し、合成ペプチドによるtau-2の吸収を行います。bovine tauを各４つのレーンに等量分配し、泳動します。それに吸収処理したtau-2抗体液でバンドを免疫染色したのがFig.6.です。
BのPro-peptideで吸収したものでは、各レーンいずれもバンドが染色されたことから、tau-2 はPro-peptideによってほとんど吸収されなかった（tau-2はPro-Peptideに結合しなかった）ことが分かり、一方AのSer-peptideで吸収したものはペプチドで吸収を行わなかったもの（lane 1）と比べると10μMでもかなりtau-2が吸収されてバンドの染色性が弱まり、100μM以上になるともうバンドは検出されなくなっています。このことから、tau-2の２種の合成ペプチドに対する結合性はSer＞Proであることが分かったというわけです。

論文を改めてチェックすると、p964のleftの１行目から６行目にとても重要なことが書かれてあり、Proの存在が蛋白構造を曲げる性質を持ち、これによりbovine tau と正常ヒトtauが劇的にconformationの差異が生じるとありました。また、p965のleftの最後から２行目で、以前rei00さんからも指摘がありましたが、よく全文を解釈すると、ここで言う「Ser peptide-like conformation」はこの合成ペプチドを指し、tauの異常リン酸化に伴い、構造が劇的に変化し、これによってProの部分で曲がっていた構造がSer peptideに近い状態まで押し伸ばされ、よりtau-2に親和性を示すようになったと著者は言いたかったのではないでしょうか？この劇的なPro部分での構造変化は、今までの回答でお教えいただいたようなβターン、βシート、gauche±等の変化（大きいところから小さいところまでまとめすぎな列挙の仕方ですが）によるものなのではないでしょうか？

今後、normal tauとPHF-tauをはじめとするtau-2反応性の異常tauの構造を解析し、このtau-2部位の両者の差異を視覚的に（模式的になるでしょうけど）決定できるようであれば、非常に面白いのでしょうけれど。

皆様のご意見はどうですか？