分光・相互作用・アプローチを用いたミオグロビンの構造と安定性に及ぼすエチレングリコールの効果モノマーはそのポリマーとは異なる

Effects of Ethylene Glycol on the Structure and Stability of Myoglobin Using Spectroscopic, Interaction, and Approaches: Monomer Is Different from Those of Its Polymers.

• Zahoor Ahmad Parray
• Faizan Ahmad
• Md Imtaiyaz Hassan
• Ikramul Hasan
• Asimul Islam

抄録

異なる共溶体（リガンド）の存在下でのタンパク質の熱安定性や構造の変化を調べることは、医薬品の基礎研究、発見、開発に欠かせない研究の一つです。エチレングリコール（EG）は毒性があり催奇形性を引き起こし、主に骨格や外面の奇形などの疾患を誘発することが知られている。ミオグロビン(Mb)の構造と熱安定性に及ぼすEGの影響を、pH7.0と2つの異なる温度で様々な分光学的手法を用いて研究した。円二色性、Trp蛍光、ナノDSF、吸収測定（紫外および可視）により明らかになったように、25℃におけるMbの二次構造および三次構造にEGは(i)有意な影響を及ぼさず、(ii)タンパク質の熱安定性を低下させ、EGの濃度が高くなるにつれて増加することがわかった。ANS(8-アニリノ-1-ナフタレンスルホン酸)の蛍光測定から明らかになったように、熱により変性したタンパク質は、ANSと結合する疎水性パッチが新たに露出している。等温滴定熱量測定の結果，EG と Mb の相互作用には温度依存性があり，EG の優先的な相互作用は 298 K（25 ℃）という低温ではエントロピー駆動型で，343 K（70 ℃）という高温ではエンタルピー駆動型であることが明らかになった．分子ドッキング研究により、EGはファンデルワールス相互作用と水素結合を介してMbのアミノ酸残基の側鎖と相互作用することが明らかになった。

Investigation of changes in thermal stabilities and structures of proteins in the presence of different co-solutes (ligands) is an integral part in the basic research, discovery, and development of drugs. Ethylene glycol (EG) is known to be toxic and causes teratogenic, inducing primarily skeletal and external malformations and other diseases. The effect of EG on the structure and thermal stability of myoglobin (Mb) was studied using various spectroscopic techniques at pH 7.0 and two different temperatures. As revealed by circular dichroism, Trp fluorescence, nano-DSF, and absorption (UV and visible) measurements, EG (i) has no significant effect on secondary and tertiary structures of Mb at 25 °C, and (ii) it decreases the thermal stability of the protein, which increases with increasing concentration of EG. As revealed by ANS (8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid) fluorescence measurements, heat-induced denatured protein has newly exposed hydrophobic patches that bind to ANS. Isothermal titration calorimetry revealed that the interaction between EG and Mb is temperature dependent; the preferential interaction of EG is entropy driven at low temperature, 298 K (25 °C), and it is enthalpy driven at higher temperature, 343 K (70 °C). Molecular docking study showed that EG interacts with side chains of amino acid residues of Mb through van der Waals interactions and hydrogen bonding.

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