四量体タンパク質
2つのタンパク質サブユニットが結合して二量体を形成します。さらに2つの二量体が結合して最終的な四量体を形成します。
ソルビトール脱水素酵素のモノマーからダイマーを経てテトラマーが形成される。

テトラマータンパク質は、4つのサブユニットからなる四次構造（テトラマー）を持つタンパク質です。ホモテトラマーは4つの同一のサブユニット（グルタチオンS-トランスフェラーゼなど）から成り、ヘテロテトラマーは異なるサブユニットの複合体です。テトラマーは、2つのホモダイマーサブユニット（ソルビトールデヒドロゲナーゼなど）または2つのヘテロダイマーサブユニット（ヘモグロビンなど） からなるダイマーのダイマーとして組み立てられます。

テトラマーにおけるサブユニット相互作用

テトラマーを形成するサブユニット間の相互作用は、主に非共有結合によって決まります。[ 1 ]疎水効果、水素結合、静電相互作用が、サブユニット間のこの結合プロセスの主な原因です。ソルビトールデヒドロゲナーゼ（SDH）などのホモテトラマータンパク質の場合、その構造は進化の過程でモノマーからダイマー、そして最終的にテトラマー構造へと進化したと考えられています。SDHや他の多くのテトラマー酵素における結合プロセスは、結合と解離の速度から決定できる自由エネルギーの増加によって説明できます。 [ 1 ] 上の図は、SDHの4つのサブユニット（A、B、C、D）の集合を示しています。

サブユニット間の水素結合

サブユニット間の水素結合ネットワークは、四量体四次タンパク質構造の安定性に重要であることが示されている。例えば、タンパク質配列アライメント、構造比較、エネルギー計算、ゲル濾過実験、酵素反応速度論実験など、多様な手法を用いたSDH研究により、哺乳類SDHにおける四量体四次構造を安定化させる重要な水素結合ネットワークが明らかになった。[ 1 ]

免疫学における四量体

免疫学では、MHCテトラマーはテトラマーアッセイに使用され、抗原特異的T細胞（特にCD8 + T細胞）の数を定量化できます。MHCテトラマーは、細菌性BirAの作用によりビオチン化された組み換えクラスI分子に基づいています。これらの分子は、目的のペプチドおよびβ2Mとともに折り畳まれ、蛍光標識ストレプトアビジンによってテトラマー化されます。（ストレプトアビジンは分子あたり4つのビオチンに結合します。）このテトラマー試薬は、特定のペプチド-MHC複合体に特異的なT細胞受容体を発現するT細胞を特異的に標識します。たとえば、Kb / FAPGNYPALテトラマーは、C57BL / 6マウス のセンダイウイルス特異的細胞傷害性T細胞に特異的に結合します。抗原特異的応答は、すべてのCD8 +リンパ球の割合としてのCD8 +、テトラマー + T細胞として測定できます。

単一の標識MHCクラスI分子ではなくテトラマーを使用する理由は、テトラマーは3つのTCRに同時に結合できるため、典型的なクラスIペプチド-TCR相互作用の親和性が低い（1マイクロモル）にもかかわらず、特異的な結合を可能にするためである。MHC クラスIIテトラマーも作製可能であるが、実用的には扱いが難しい。[ 2 ]

ホモ四量体とヘテロ四量体

ホモ四量体複合体、β-グルクロニダーゼ（グリコシダーゼの一種）。各サブユニットは同じアミノ酸配列を持つ。
ヘテロ四量体分子のヘモグロビンは、2 つの異なるタイプ (赤と青)の 4 つのサブユニットで構成されています。

ホモテトラマーは、 4つの同一のサブユニットが互いに結合して構成されているタンパク質複合体であり、これらのサブユニットは互いに関連しているものの共有結合はしていない。[ 3 ]一方、ヘテロテトラマーは、1つまたは複数のサブユニットが異なる4つのサブユニット複合体である。[ 4 ]

ホモテトラマーの例としては、以下のものがあります。

ヘテロ四量体の例としては、ヘモグロビン（写真）、NMDA受容体、一部のアクアポリン、[ 7 ]一部のAMPA受容体、一部の酵素などが挙げられる。[ 8 ]

ヘテロ四量体の精製

イオン交換クロマトグラフィーは、特定のヘテロ四量体タンパク質アセンブリを単離するのに有用であり、荷電ペプチドタグの数と位置の両方に応じて特定の複合体の精製を可能にする。[ 9 ] [ 10 ]ニッケルアフィニティークロマトグラフィーもヘテロ四量体の精製に用いられることがある。[ 11 ]

遺伝子内補完

遺伝子によってコードされているポリペプチドの複数のコピーは、しばしば多量体と呼ばれる凝集体を形成することがあります。特定の遺伝子の2つの異なる変異対立遺伝子によって産生されるポリペプチドから多量体が形成される場合、混合多量体は、それぞれの変異体単独で形成される非混合多量体よりも高い機能活性を示すことがあります。混合多量体が非混合多量体と比較して機能性が増加する現象は、遺伝子内補完と呼ばれます。ヒトにおいて、アルギニノコハク酸リアーゼ（ASL）はホモ四量体酵素であり、遺伝子内補完を受けることができます。ヒトにおけるASL疾患は、ASL遺伝子の変異、特に四量体酵素の活性部位に影響を及ぼす変異によって発生する可能性があります。ASL疾患は、臨床的および遺伝学的にかなりの異質性を有しており、これは異なる個々の患者間で生じる広範な遺伝子内補完を反映していると考えられています。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

参考文献

  1. ^ a b c Hellgren M, Kaiser C, de Haij S, Norberg A, Höög JO (2007年12月). 「哺乳類ソルビトール脱水素酵素における水素結合ネットワークは四量体状態を安定化し、触媒活性に必須である」 . Cellular and Molecular Life Sciences . 64 (23): 3129– 3138. doi : 10.1007/ s00018-007-7318-1 . PMC  11136444. PMID  17952367. S2CID  22090973 .
  2. ^ Dolton G, Tungatt K, Lloyd A, Bianchi V, Theaker SM, Trimby A, et al. (2015年9月). 「テトラマーを用いたさらなるトリック：ペプチド-MHCマルチマーによるT細胞染色の実践ガイド」 .免疫学. 146 (1): 11– 22. doi : 10.1111/imm.12499 . PMC 4552497. PMID 26076649 .  
  3. ^ 「GO用語：タンパク質ホモ四量体化」 YeastGenome. 2011年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年5月14日閲覧。
  4. ^ 「GO用語：タンパク質ヘテロ四量体化」 YeastGenome. 2011年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年5月14日閲覧。
  5. ^渡辺 正之、ブロベル G (1989年4月). 「大腸菌から精製された細胞質因子はプレタンパク質の輸送に必要かつ十分であり、SecBのホモ四量体である」 .米国科学アカデミー紀要. 86 (8): 2728– 2732. Bibcode : 1989PNAS...86.2728W . doi : 10.1073/pnas.86.8.2728 . PMC 286991. PMID 2649892 .  
  6. ^ Warren MA, Kucharski LM, Veenstra A, Shi L, Grulich PF, Maguire ME (2004年7月). 「CorA Mg2+トランスポーターはホモテトラマーである」. Journal of Bacteriology . 186 (14): 4605– 4612. doi : 10.1128/JB.186.14.4605-4612.2004 . PMC 438605. PMID 15231793 .  
  7. ^ Neely JD, Christensen BM, Nielsen S, Agre P (1999年8月). 「アクアポリン-4水チャネルのヘテロ四量体構成」.生化学. 38 (34): 11156– 11163. doi : 10.1021/bi990941s . PMID 10460172 . 
  8. ^ Chang TH, Hsieh FL, Ko TP, Teng KH, Liang PH, Wang AH (2010年2月). 「ミント（Mentha piperita）由来のヘテロ四量体ゲラニルピロリン酸合成酵素の構造はサブユニット間制御を明らかにする」 . The Plant Cell . 22 (2): 454– 467. Bibcode : 2010PlanC..22..454C . doi : 10.1105/tpc.109.071738 . PMC 2845413. PMID 20139160 .  
  9. ^ Sakash JB, Kantrowitz ER (2000年9月). 「大腸菌アスパラギン酸トランスカルバモイラーゼのT状態およびR状態の安定化に対する個々の鎖間相互作用の寄与」 . The Journal of Biological Chemistry . 275 (37): 28701– 28707. doi : 10.1074/jbc.M005079200 . PMID 10875936 . 
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  11. ^ Howarth M, Chinnapen DJ, Gerrow K, Dorrestein PC, Grandy MR, Kelleher NL, et al. (2006年4月). 「フェムトモル濃度のビオチン結合部位を1つ有する一価ストレプトアビジン」 . Nature Methods . 3 (4): 267– 273. doi : 10.1038/nmeth861 . PMC 2576293. PMID 16554831 .  
  12. ^ Turner MA, Simpson A, McInnes RR, Howell PL (1997年8月). 「ヒトアルギニノコハク酸リアーゼ：遺伝子内相補性の構造的基盤」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 94 (17): 9063– 9068. Bibcode : 1997PNAS...94.9063T . doi : 10.1073/pnas.94.17.9063 . PMC 23030. PMID 9256435 .  
  13. ^ Yu B , Howell PL (2000年10月). 「遺伝子内相補性とアルギニノコハク酸リアーゼの構造と機能」 .細胞および分子生命科学. 57 (11): 1637– 1651. doi : 10.1007/PL00000646 . PMC 11147086. PMID 11092456. S2CID 1254964 .   
  14. ^ Yu B, Thompson GD, Yip P, Howell PL, Davidson AR (2001年12月). 「ヒトアルギニノコハク酸リアーゼ遺伝子座における遺伝子内補完のメカニズム」.生化学. 40 (51): 15581– 15590. doi : 10.1021/bi011526e . PMID 11747433 . 
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