小角X線散乱法によるタバコモザイクウイルスウイルスと溶液中の再重合コートタンパク質凝集体の特性評価

Characterization of Tobacco Mosaic Virus Virions and Repolymerized Coat Protein Aggregates in Solution by Small-Angle X-Ray Scattering.

• A L Ksenofontov
• M V Petoukhov
• A N Prusov
• N V Fedorova
• E V Shtykova

抄録

タバコモザイクウイルス（TMV）ウイルスと溶液中のTMVコートタンパク質（CP）の積層ディスク凝集体の構造を、放射光を用いた小角X線散乱（SAXS）と負のコントラスト透過電子顕微鏡（TEM）で解析した。TMV CP凝集体は独特の安定性を持っていたが、らせん状の対称性を持っていなかった。TEMデータによると、長さ300〜800Åの横方向に筋の入った棒状の構造を持つ円盤状の積層体であることがわかった。4層のTMV CP凝集体（PDB: 1EI7）の結晶構造モデルに基づくモデリングによると、積層円盤は中空円筒を表していた。計算された円盤のSAXSパターンを実験結果と比較した。SAXSデータとの最高の相関は、円盤の中央の対を繰り返すモデルで見出された。散乱曲線上の最大値の位置は、研究した試料の特徴的な特徴として利用でき、いくつかのピークは第四紀構造の既存の要素(集合体構造の周期性,ウイルスの螺旋ピッチ)に割り当てられた。また、天然に近い条件で溶液中で再重合したTMV CP凝集体の低分解能構造データを初めて作成した。このようなナノサイズの物体の解析は、生物医学やバイオテクノロジーへの応用に不可欠である。

The structure of tobacco mosaic virus (TMV) virions and stacked disk aggregates of TMV coat protein (CP) in solution was analyzed by synchrotron-based small-angle X-ray scattering (SAXS) and negative contrast transmission electron microscopy (TEM). TMV CP aggregates had a unique stability but did not have helical symmetry. According to the TEM data, they were stacked disks associated into transversely striated rod-shaped structures 300 to 800 Å long. According to modeling based on the crystallographic model of the 4-layer TMV CP aggregate (PDB: 1EI7), the stacked disks represented hollow cylinders. The calculated SAXS pattern for the disks was compared to the experimental one over the entire measured range. The best correlation with the SAXS data was found for the model with the repeating central pair of discs; the SAXS curves for the stacked disks were virtually identical irrespectively of the protein isolation method. The positions of maxima on the scatter curves could be used as characteristic features of the studied samples; some of the peaks were assigned to the existing elements of the quaternary structure (periodicity of aggregate structure, virion helix pitch). Low-resolution structural data for the repolymerized TMV CP aggregates in solution under conditions similar to natural were produced for the first time. Analysis of such nano-size objects is essential for their application in biomedicine and biotechnology.