본질적으로 무질서한 R2를 특성화하기 위한 역장의 벤치마킹

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14226(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

본질적으로 장애가 있는 단백질(IDP)은 비가역적인 아밀로이드 원섬유를 형성함으로써 알츠하이머병 및 ALS와 같은 수많은 질병에서 중요한 역할을 합니다. 구형 단백질용으로 개발된 역장(FF)과 IDP용 변형 버전의 효과는 특정 단백질에 따라 다릅니다. 본 연구에서는 ALS와 관련된 IDP인 FUS-LC 도메인의 R2 영역(R2-FUS-LC 영역)을 시뮬레이션하여 AMBER 및 CHARMM을 포함한 13개의 FF를 평가합니다. 지역의 유연성으로 인해 지역 및 글로벌 형태를 평가하는 여러 측정값을 활용하고 이를 최종 점수로 결합하는 것이 역장의 포괄적인 평가에 중요하다는 것을 보여줍니다. 결과는 mTIP3p 물 모델을 갖춘 c36m2021s3p가 가장 균형 잡힌 FF이며 알려진 것과 호환되는 다양한 형태를 생성할 수 있음을 시사합니다. 또한 mTIP3P 물 모델은 4개 사이트 물 모델을 사용하는 최상위 AMBER FF보다 계산적으로 더 효율적입니다. 또한 평가에서는 AMBER FF가 CHARMM FF에 비해 더 컴팩트한 형태를 생성하는 경향이 있지만 더 많은 비기본 접점을 생성하는 경향이 있음을 보여줍니다. 최상위 AMBER 및 CHARMM FF는 펩타이드 내 접촉을 재현할 수 있지만 펩타이드 간 접촉에 대해서는 성능이 저하되어 개선의 여지가 있음을 나타냅니다.

본질적으로 무질서한 단백질(IDP)은 환경과 결합 파트너에 따라 다양한 형태를 형성할 수 있는 단백질입니다1. 일부 IDP는 자가 응집되어 교차 β 구조를 취하는 아밀로이드 원섬유를 형성할 수 있습니다2. 교차 β 구조는 프로토피브릴이라고 불리는 긴 베타 시트를 형성하는 섬유의 길이를 따라 쌓인 베타 가닥 단백질/펩타이드로 구성됩니다. 마지막으로, 원섬유 복합체는 아밀로이드 원섬유를 형성합니다3.

아밀로이드 원섬유는 알츠하이머병, 파킨슨병, 제2형 당뇨병, 근위축성 측색경화증(ALS)4,6,7 등과 같은 질병4,5과 관련이 있습니다. ALS는 희귀한 신경퇴행성 질환8,9의 경우 50%에서 첫 번째 임상 증상이 나타난 후 3년 이내에 사망합니다10. ALS 환자의 경우 FUS(Fused in Sarcoma) 단백질의 Low-Complexity(LC) 영역에서 아미노산 돌연변이가 발견되었습니다11,12,13,14,15,16. 돌연변이된 FUS-LC 영역에서는 돌이킬 수 없는 아밀로이드 원섬유 응집이 관찰되는 반면, 야생형에서는 가역적 원섬유가 관찰됩니다.

인간 FUS 단백질(526개 잔기)은 mRNA 스플라이싱 및 전사에 관여합니다. FUS-LC-core33-96은 아밀로이드 원섬유 형성에 관여하며 4개의 반복 모티프(R1-R2-R3-R4)를 포함합니다(그림 S1, 보라색 상자). R1/R2 내에서 직렬 [S/G]Y[S/G] 모티프는 가역적 아밀로이드 원섬유 코어(RAC)17(그림 1 및 그림 S1)의 형성에 관련되어 있습니다. R2 영역은 R122,23보다 원섬유 형성에 더 중요한 것으로 알려져 있습니다. FUS-LC-core33-9616,24(그림 1)의 구조는 R2 영역이 나머지 LC-core 도메인과 장거리 접촉이 거의 없음을 보여줍니다(그림 S2). 따라서 R2-FUS-LC50-65 영역은 아밀로이드 세동을 연구하기 위한 좋은 후보입니다.

FUS(Fused in Sarcoma) 단백질의 전체 길이 도메인 구성. FUS N 말단 저복잡성(LC) 도메인(잔기 1~214)에는 QGSY가 풍부한 프리온 유사 도메인(1~165, 보라색 상자)과 Gly가 풍부한 영역(166~214, 분홍색 상자)이 포함되어 있습니다. QGSY가 풍부한 도메인 내에는 4개의 반복 모티프(R1–R2–R3–R4)가 있습니다. R2(R2-FUS-LC 영역) 내에는 원섬유 형성에 관여하는 가역성 아밀로이드 원섬유 코어(RAC 2)가 있습니다. FUS 세동을 연구하기 위해 R2-FUS-LC 영역만 사용합니다. 상단 빨간색 사각형 내부에는 R2-FUS-LC 영역의 실험적으로 해결된 두 가지 다른 형태가 있습니다. 왼쪽에는 NMR 구조의 20개 모델(PDB ID: 5W3N16, "U자형")에서 선택된 R2-FUS-LC 영역의 대표자 6명이 있습니다. 오른쪽은 PDB ID: 7VQQ24, "L자형"의 극저온 EM 모델입니다. 그림은 Microsoft PowerPoint 및 VMD v1.9.325(https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/)를 사용하여 준비되었습니다.