Walkerモチーフ

Walkerモチーフ: Walker motifs)は、高度に保存された三次構造を持つタンパク質配列モチーフであり、Walker AWalker Bの2つのモチーフからなる。これらのモチーフは1982年にジョン・E・ウォーカーらによって、ATP結合タンパク質の比較から初めて報告された[1]

Walker Aモチーフ

H-RasA59G変異体のGppNHp複合体構造(緑)とGDP複合体構造(シアン)のアラインメント。Pループが赤、Mg2+イオンが緑の球、K16とS17の側鎖がスティックモデルで示されている。

Walker AモチーフはWalkerループ、Pループ、リン酸結合ループ(phosphate-binding loop)などいう名称でも知られ、リン酸の結合に関係するモチーフである。モチーフにはG-x(4)-GK-[TS]というパターンが存在する(G:グリシン、K:リジン、T:スレオニン、S:セリン、x:任意のアミノ酸)。ATPまたはGTPを利用するタンパク質の多くに存在し、ヌクレオチドのβ-リン酸が結合する。Walker Aモチーフ中のリジン残基は、主鎖のNH原子とともにヌクレオチドの結合に重要である[2]。グリシンに富むループ構造であり、βストランドから続きαヘリックスへとつながる。通常こうした特徴は、4本のβストランドが両側から2本のヘリックスによって挟まれたα/βドメインの一部として存在している。ヌクレオチドのリン酸基には、マグネシウムカルシウムマンガン(II)イオンなどの2価カチオンも配位している[3]

保存されたリジン残基の他に、Pループのリン酸への結合に用いられる特徴はcompound LRLR nestである[4]。xxGKの4残基から構成され、これらの主鎖の原子はNH基を内側に向けることでリン酸サイズの凹面を形成する。SGAGKT合成ヘキサペプチドは無機リン酸を強固に結合することが示されており[5]、こうした短いペプチドはαヘリックスを形成しないことから、ヘリックスのN末端ではなくネストがリン酸結合のための主要な特徴であることが示唆される。

Walker AモチーフはATPやGTPを結合するタンパク質に存在することが最もよく知られているが、リン酸化された基質を結合するさまざまなタンパク質にも存在し、ATP合成酵素(α、βサブユニット)、ミオシントランスデューシンヘリカーゼキナーゼAAAタンパク質Gタンパク質RecAプロテインチロシンホスファターゼシステインシンターゼなどのピリドキサールリン酸を利用する酵素などに存在する[6][7][8]

プロテインチロシンホスファターゼはリン酸化チロシン残基から無機リン酸の加水分解チロシンキナーゼによる反応の逆)を触媒する酵素であり、Pループ様構造へフォールディングするモチーフを持つが、保存されたリジン残基の代わりにアルギニンが存在している。このモチーフの保存配列はC-x(5)-R-[ST]である(C:システイン、R:アルギニン)[9]

Aループ

AループはATPの結合に必要不可欠な保存された芳香族アミノ酸群を指し、ATPのアデニン環と相互作用する。Aループは一部のPループ型タンパク質においてWalker Aモチーフの約25アミノ酸上流に存在する[10]

Walker Bモチーフ

Walker BモチーフはPループ型タンパク質の大部分において、Aモチーフのかなり下流に位置するモチーフである。このモチーフのコンセンサス配列は[RK]-x(3)-G-x(3)-LhhhD(R:アルギニン、K:リジン、G:グリシン、L:ロイシン、D:アスパラギン酸、x:任意のアミノ酸、h:疎水性アミノ酸)と報告されていたが[1]、hhhhDE(E:グルタミン酸)へと変更された[2]。アスパラギン酸とグルタミン酸は、ヘリカーゼに存在するDEAD/DEAHモチーフの一部も形成している。アスパラギン酸残基はマグネシウムイオンを配位し、グルタミン酸はATPの加水分解に必須である[2]。このモチーフの配列にはかなりの多様性が存在し、唯一の不変な特徴は大きな疎水性アミノ酸が並んだ後に負に帯電した残基が存在することである[11]

出典

  1. “Distantly related sequences in the alpha- and beta-subunits of ATP synthase, myosin, kinases and other ATP-requiring enzymes and a common nucleotide binding fold”. EMBO J. 1 (8): 945–51. (1982). doi:10.1002/j.1460-2075.1982.tb01276.x. PMC: 553140. PMID 6329717. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC553140/.
  2. “AAA+ proteins: have engine, will work”. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 6 (7): 519–29. (July 2005). doi:10.1038/nrm1684. PMID 16072036.
  3. Bugreev, D. V.; Mazin, A. V. (2004). “Ca2+ activates human homologous recombination protein Rad51 by modulating its ATPase activity.”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101: 9988–9993. doi:10.1073/pnas.0402105101. PMC: 454202. PMID 15226506. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC454202/.
  4. Watson, JD; Milner-White EJ (2002). “A novel main-chain anion binding site in proteins: the nest. A particular combination of phi,psi values for successive residues gives rise to anion binding sites that occur commonly and are found at functionally important regions.”. Journal of Molecular Biology 315: 171–182. doi:10.1006/jmbi.2001.5227. PMID 11779237.
  5. Bianchi, A; Giorgi C; Ruzza P; Toniolo C; Milner-White EJ (2012). “A synthetic peptide designed to resemble a proteinaceous P-loop nest is shown to bind inorganic phosphate.”. Proteins 80: 1418–1424. doi:10.1002/prot.24038. PMID 22275093.
  6. Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2002). Biochemistry. San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-4684-0. https://archive.org/details/biochemistry200100jere
  7. Ramakrishnan, C; Dani, VS; Ramasarma, T (October 2002). “A conformational analysis of Walker motif A [GXXXXGKT(S) in nucleotide-binding and other proteins”]. Protein Engineering 15 (10): 783–798. doi:10.1093/protein/15.10.783. PMID 12468712. http://peds.oxfordjournals.org/cgi/content/full/15/10/783 2013年10月16日閲覧。.
  8. “The P-loop--a common motif in ATP- and GTP-binding proteins”. Trends Biochem. Sci. 15 (11): 430–4. (November 1990). doi:10.1016/0968-0004(90)90281-f. PMID 2126155.
  9. “Crystal structure of a human low molecular weight phosphotyrosyl phosphatase. Implications for substrate specificity”. J. Biol. Chem. 273 (34): 21714–20. (August 1998). doi:10.1074/jbc.273.34.21714. PMID 9705307.
  10. “The A-loop, a novel conserved aromatic acid subdomain upstream of the Walker A motif in ABC transporters, is critical for ATP binding”. FEBS Lett. 580 (4): 1049–55. (February 2006). doi:10.1016/j.febslet.2005.12.051. PMID 16412422.
  11. Koonin EV (June 1993). “A common set of conserved motifs in a vast variety of putative nucleic acid-dependent ATPases including MCM proteins involved in the initiation of eukaryotic DNA replication”. Nucleic Acids Res. 21 (11): 2541–7. doi:10.1093/nar/21.11.2541. PMC: 309579. PMID 8332451. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC309579/.

関連項目

外部リンク

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