H. salinarumおよび大腸菌由来のリンゴ酸デヒドロゲナーゼの塩橋解析からの洞察

Insights from the salt bridge analysis of malate dehydrogenase from H. salinarum and E.coli.

• Amal Kumar Bandyopadhyay
• Rifat Nawaz Ul Islam
• Debanjan Mitra
• Sahini Banerjee
• Saba Yasmeen
• Arunava Goswami

抄録

好塩性タンパク質は塩基性残基よりも酸性残基の方が多く、塩基性残基よりも酸性残基の方が多い配列をしています。構造上、表面は負の電荷で装飾されており、リジンの含有量は少ない。本研究では、好塩性古細菌（Halobacterium salinarum; hsMDH）のリンゴ酸脱水素酵素の配列BLOCKと3Dモデル、中親水性細菌（E. coli; ecMDH）のX線構造を用いて、酸性残基と塩基性残基の平均相対量（MRA）が高く、配列に高い極性を与えるだけでなく、中親水性残基と比較して、酸性残基と塩基性残基が構造表面に存在することを示した。これらの結果は、酸性残基と塩基性残基の両方がhsMDHの安定性に協調した役割を果たしていることを示していると考えられる。hsMDHとecMDHの塩橋を解析した結果、前者では塩橋が非常に複雑で、新しく設計されたものであり、グローバルな性質を持っていることが明らかになった。hsMDHでは、これらの塩橋が豊富に存在するが、活性サイトでは、これらの塩橋の設計は変化していない。疎水性の弱い高塩濃度では、これらの塩橋がhsMDHの3次構造のハロアドネーションに大きな役割を果たしていると考えられます。このような観察結果は初めての報告である。

Halophilic proteins have greater abundance of acidic over basic residues in sequence. In structure, the surface is decorated by negative charges, with lower content of Lysine. Using sequence BLOCKs and 3D model of malate dehydrogenase from halophilic archaea (Halobacterium salinarum; hsMDH) and X-ray structure from mesophilic bacteria (E. coli; ecMDH), we show that not only acidic and basic residues have higher mean relative abundance (MRA) and thus, impart higher polarity to the sequences, but also show their presence in the surface of the structure of hsMDH relative to its mesophilic counterpart. These observations may indicate that both the acidic and the basic residues have a concerted role in the stability of hsMDH. Analysis on salt bridges from hsMDH and ecMDH show that in the former, salt bridges are highly intricate, newly engineered and global in nature. Although, these salt bridges are abundant in hsMDH, in the active site the design remains unperturbed. In high salt where hydrophobic force is weak, these salt bridges seem to play a major role in the haloadaptation of the tertiary structure of hsMDH. This is the first report of such an observation.