Name: 1次元および2次元1HNMRを用いたペプチド-金属錯体の構造と配位決定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 44 s
Description: 学ぶペプチド-銅錯体のNMR構造解析法。無酸素環境下でのサンプル調製、1次元および2次元¹H NMRデータ収集、距離制約に基づく低エネルギー構造決定のプロトコルを解説。メタロシャペロン研究への応用も示す。

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Human Frontier Science Program(Young investigator grant （RGY)0068-2006)の財政的支援に感謝いたします。

1. サンプル調製
<ol>
	<li>Apoサンプル:約1〜2 mgのペプチドを450〜500 μlの重水素化NMRグレードの溶媒に溶解します(生物学的サンプルの好ましい溶液は、10% D2Oの水、またはサンプルが水に溶解しないか反応しない場合はd6-DMSO 11-12です)。</li>
	<li>銅反応サンプル:約1〜2 mgのペプチドを等モル量の金属塩とともに、450〜500 μlのNMR溶媒に溶解します。</li>
	<li>焼結ガラス、濾紙、または調査中の化合物に適し、それらを吸着しないその他の技術を使用して溶液をろ過します。これは、均質性に影響を与える金属粒子を除去するために不可欠です。</li>
	<li>溶液をNMRチューブに移し、閉じます。チューブの品質が、使用する磁石の強度に合っていることを確認してください(詳細については、機器の表を参照してください)。</li>
	<li>サンプルが酸素に敏感な場合、これらの手順は不活性な環境下で行い、酸化を防ぐためにチューブを密閉する必要があります。</li>
</ol>
2. NMRデータの収集と処理13
<ol>
	<li>アポ反応サンプルと銅反応サンプルの1D 1Hスペクトルを記録し、比較します。銅含有ペプチドスペクトルは、アミド領域の化学シフトの有意な変化を示すはずであり、アポペプチドは柔軟性があり、平均的な立体配座を示すため、ピークは分離されましたが、銅と反応すると、結合ペプチドアミドは単一の構造を持ちます(図2)。
	<ol>
		<li>スペクトルが変わらない場合、反応は失敗したと仮定されます。</li>
		<li>サンプルが緑色に変わると、銅は大気中で酸化し、結合特性が変化する可能性があります。</li>
		<li>どちらの場合も、サンプルを作り直す必要があります。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>細い線幅でアミド残基のオーバーラップが最小限に抑えられるNMR測定に最適な温度条件を見つけます。</li>
	<li>COSY14、TOCSY15、NOESY16、ROESY17 NMR実験を同一の条件(温度、pHなど)で設定し、順番に実行します。
	<ol>
		<li>COSY(図3)およびTOCSY(図4)実験では、それぞれ隣接する陽子-陽子相互作用およびより長い距離の隣接陽子-陽子相互作用の結合貫通相互作用を検出します。COSYスペクトルはHN-Hα相関に関する情報を提供し、TOCSYスペクトルは、相関残基のHNおよび他のH脂肪族プロトンに関する情報を提供します。</li>
		<li>NOESY実験とROESY(図5)実験では、構造情報を得るために結合に依存せずに空間貫通近接を検出します。2つのどちらを選択するかは、コンパウンドの有効サイズと電界強度によって異なります。このような組み合わせの中には、理論上のゼロ信号が得られるものもあり(図6)、NOE相互作用10,18を検出するためにはROESY実験を実行する必要があります。</li>
		<li>サンプルが水中にある場合、実験には水抑制の成分が必要です。これは、勾配19を使用して最も効率的に達成されます。この場合、一度割り当てられたサンプルを純粋なD2Oで再分析して、Hα水素への相互作用およびHα水素間の相互作用を得ることが有利です。</li>
		<li>TOCSYとNOESYまたはROESYの混合時間を最適化するには、スピン拡散の損失を最小限に抑えながら最大のシグナル蓄積を見つけるための短い実験を多数実行します。これがビルドアップ曲線の線形領域であることを確認してください。600 MHzフィールドのペプチドに共通する値には、TOCSYで約100ミリ秒、NOESYまたはROESY実験で約150ミリ秒の混合時間が含まれます。</li>
		<li>各実験の合間に1D実験を行い、データ取得全体でサンプル組成が一定に保たれるようにします(図7)。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>適切なアポダイゼーション関数を使用してスペクトルを処理し、信号強度の損失を最小限に抑えて最大の分解能を得るため、t1 次元にゼロ充填を追加します。
	<ol>
		<li>さらに、F2 次元と F1 次元の基線を 2 次多項式関数で補正します。</li>
		<li>既知の標準(それぞれTMSPまたはTMS)からのシフトに応じて、それぞれの溶媒中の残留水またはDMSOピークに従って、スペクトルの化学シフトを慎重にキャリブレーションします。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. SPARKY20を使用したピーク割り当てと積分
<ol>
	<li>NOESYまたはROESYスペクトルにCOSYスペクトルとTOCSYスペクトルを重ね合わせたセットを準備します(図8)。</li>
	<li>スペクトル内のすべてのNOEピークを、Wüthrich21が開発したシーケンシャルアサイン法に従って割り当てます。
	<ol>
		<li>フィンガープリント領域のTOCSY信号と重なるピークを割り当てることから始めます。これにより、SPARKYプログラムでの後続のピーク割り当てが容易になります(図9)。割り当ての化学シフト(図10)と3つのJHNHα値(図11)を登録します。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ピークを距離制約に変換し、3JHNHα 値を二面角に変換します。
	<ol>
		<li>これは、プログラム内からピークを統合し、既知の距離(メチレン基の2つのプロトン間の距離や芳香族アミノ酸の芳香族水素原子間の距離など)の相互作用を使用して距離制約に変換することで実現できます。</li>
		<li>ピークが重なり合い、波形解析法を使用できない場合は、視覚的推定によって強-中-弱-非常に弱いとラベル付けでき、これらの指定はそれぞれ最大2.5、3.5、4.5、および5.5 Åまでの距離に変換できます。これは、ペプチドを扱う作業に最も効果的です。</li>
		<li>3JHNHα値は、Karplus方程式による二面角を示しており、ほとんどの与えられた結合値は複数の二面角から生じる可能性があります。これらは、二次構造(ヘリックスまたはシート)、ランダムコイル、またはそれらのコンフォメーション平均を示すことができます。したがって、制約条件を慎重に使用するか、コンフォメーション結果の確認として使用することが重要です。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. XPLOR22を用いて構造アンサンブルを生成するための分子力学計算
<ol>
	<li>距離制約と二面角をXPLORの正しい形式でインポートします。(図 12、残差制約のみ)。XPLORは、実験的に発見された距離制約に加えて、結合の長さ、角度、カイラリティなどの標準的な幾何学的化学的制約に準拠する構造を見つけるために、コンフォメーション空間を探索し、上記のパラメータのいずれも違反しないアンサンブルを生成します。これがスターティングアンサンブルを構成します。</li>
	<li>最初の構造決定の実行は、金属に対する制約を使用せずに行われます。これにより、どの残基がバイアスなく金属結合に関与しているかがわかります。ステップ 4.4 に進みます。</li>
	<li>NMRから導出された距離制約に加えて、決定された残基に金属結合制約を追加します。
	<ol>
		<li>金属イオンとそのトポロジーを説明するための適切なパラメータを追加します。</li>
		<li>適切な物理情報(質量、他の原子との結合長、角度、および非結合反発パラメータ)をパラメータファイルに入れる必要があります。</li>
		<li>バインディング情報をトポロジー・ファイルに追加します。バインディングの結果として形成および切断されたボンドと、バインディングの結果として変更されるフォーマル・チャージ</li>。
	</ol>
	</li>
	<li>通常は 10 人のメンバーの小さなアンサンブルを作成します。
	<ol>
		<li>制約を徐々に導入し、バックボーン間の相互作用から始まり、次にバックボーンからサイドチェーンへの相互作用、次にサイドチェーンからサイドチェーンへの相互作用、そして残差内、シーケンシャル、そしてますます長い範囲の相互作用へと移行します。これにより、割り当てのミスを特定しやすくなります。</li>
		<li>NOEエネルギーを、50 kcal/mol•Å2の一定の力定数を持つ正方形の井戸電位として導入します。シミュレーテッドアニーリングは、1,500 Kで1,500 3 fsecステップ、500 Kまで冷却する際に3,000 1 fsecステップで実行する必要があります。最後に、共役勾配エネルギー最小化を使用して、4,000回の反復で構造を最小化します。これらは、XPLOR内で変更できる変数です。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>通常は 50 人のメンバーからなる最終的なアンサンブルを作成します。アンサンブル全体に対してステップ 4.4 のステップを実行します。
	<ol>
		<li>図 13 に示すように、検出された各タイプの NOE 相互作用の数を報告します。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>標準的な化学幾何学と経験的NMRから導出された制約条件に準拠した構造のアンサンブルを作成します。
	<ol>
		<li>コンフォメーションの総数、NMRから導出された制約条件に違反しているコンフォメーションの数、およびアンサンブル全体(バックボーンの両方、およびすべての重原子のRMSD値)のRMSDを報告します。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 構造解析
<ol>
	<li>解かれたアンサンブルは、NMR測定中にペプチドが採用するコンフォメーション空間を表しています。局所的な柔軟性は、分子の異なる領域で変化する可能性があり、これは構造的または機能的な理由に起因する可能性があります(構造解析の目的は、安定性と作用機序の構造的基礎を決定することです)。
	<ol>
		<li>構造のすべてのコンフォメーションをMolMolプログラム23にインポートして、開始アンサンブルを作成します(図14)。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>アンサンブルを調べて、分子の局所的な安定性を判断します。
	<ol>
		<li>バックボーンとサイドチェーンのRMSD値を決定するには、シーケンスに沿って後続の4残基領域を選択し、プログラムに最低エネルギー構造または平均までのRMSDを計算させます。</li>
		<li>分子のどの領域が局所的な安定性を示すか(図15)には、局所的なRMSDを配列の関数としてプロットします。</li>
		<li>分子のこの領域に沿ってアンサンブルを重ね合わせ、このアンサンブルをさらに分析するために使用します(図16)。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>NMR由来の制約条件に従った(違反しない)低エネルギーコンフォメーションを選択します。これらが「低エネルギーアンサンブル」を形成します。
	<ol>
		<li>アンサンブル内のコンフォメーションの数、それらを選択するための基準、およびステップ4.6.1で定義されたRMSD値を報告します。</li>
		<li>金属結合モードがすでに決定されている場合は、次の手順に進みます。さもないと:低エネルギーアンサンブルを分析し、金属イオンに結合できるように、どの残基サイドチェーンが互いに正しく近接しているかを判断します。これらが決定されたら、ステップ 3.3 に戻り、銅結合データを含む解析をやり直します (図 17 はアンサンブル、図 18 は低エネルギー適合体)。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>アンサンブルを調べ、MolMolプログラムのデフォルトの検索パラメータを使用して、分子内の局所的な二次構造を決定します。二次構造は水素結合によって保持され、分子の安定な領域を示します。
	<ol>
		<li>各配座異性体の二次構造を決定します(図19)。
		<ol>
			<li>各二次構造を示すアンサンブルの適合体の割合の表を作成します。</li>
			<li>二次構造の領域が、local-RMSD によって安定領域と判断された領域と重なっているかどうかを判断します。これはよくあることです。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>分子内の距離と水素結合を決定します。
	<ol>
		<li>アンサンブルを Chimera24 にインポートします。</li>
		<li>Chimeraを使用して、金属結合が疑われる原子間の分子内距離を決定します。アンサンブルの平均距離を計算します。</li>
		<li>Chimera を使用して、プログラムのデフォルトの緩和水素結合パラメーター (20%) を使用して、アンサンブルの各配座異性体 (図 20) の分子内水素結合を決定します。</li>
		<li>各水素結合を示すアンサンブルの配座異性体の割合の表を作成します。大部分のコンフォメーションで再発する水素結合は、構造の安定性を高める安定した結合を示しています。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>分子内の静電相互作用を決定します。
	<ol>
		<li>チャージされたサイドチェーン間の相互作用を特定します。</li>
		<li>各静電相互作用を示すアンサンブルの適合体の割合の表を作成します。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Delphi26 プログラム内の Amber25 力場を使用して、静電ポテンシャル分布を計算します。
	<ol>
		<li>アンサンブルから、静電ポテンシャル計算を実行する単一の代表的なコンフォメーションを選択します。</li>
		<li>ポアソン・ボルツマン方程式と完全なクーロン計算を使用して、静電ポテンシャルを導き出します。必要なパラメータには、溶液のイオン強度、溶液の誘電率(水の場合は80、DMSOの場合は40)が含まれます。内部ペプチド(通常は約5.0)。グリッドのサイズ(通常は65'65'65ポイント)。ペプチドとグリッドの端との間の最小距離(10 Å)。主な結果はペプチド自体によって支配されるため、通常、これらの値に関して結果は非常に堅牢です(図21)。</li>
		<li>ペプチドのファンデルワールス表面にマッピングされた静電ポテンシャルを調べます(図22)。</li>
		<li>同じ電位を持つ位置を表す静電ポテンシャル等値面を調べます。他のタンパク質やリガンドを引き付けたり反発したりする可能性のある拡張された正または負の表面や、両親媒分布や異なる特性のパッチなど、重要性を示す分布など、生物学的関連性を示唆するアイソサーフェスを見つけます(図23)。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>すべての構造的知見を合計して、それらがどのように互いに強化し合うかを確認します。</li>
	<li>必要に応じて、手順4.3〜5.7.4を繰り返します。</li>
</ol>

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</ol>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

結合メカニズムを理解するための構造情報の貢献は広く受け入れられています。ペプチドは、タンパク質の結合と相互作用のモデルとして有用です。ただし、構造決定の主な方法であるX線結晶学には適していません。NMRは、構造が溶液中で容易に解けるようになるため、これらのシステムに特に役立ちます。これは特に、金属イオンの酸化を防ぐために不活性環境下での構造決定を追加で必要とするメタロシャペロン模倣物の場合です。
保存されたMT/HCXXCモチーフを含むMTCSGCSRPGペプチドは、アポ型から銅と反応したペプチドへのスペクトルの有意な変化によって明らかなように、Cu(I)に結合しました。600 MHzのフィールドでのROESY実験の必要性は、NOESYスペクトルにヌル相互作用を持つスペクトルのために、私たちの経験が6〜7残基のより小さなペプチドがNOESYレジームのヌルシグナルに落ちることを示しているため、コンパクトなペプチドを示していますが、このサイズのペプチドは通常、適切なシグナルを提供します。ROESYスペクトルでは、81のクロスピークが観察され、そのうちNは残基間クロスピークであり、(81...

ペプチドは、それ自体がタンパク質モデル、潜在的な薬物リード、および治療薬として広く使用されています。しかし、その小型化と高い柔軟性は、結晶化が困難であるため、X線による構造決定がしばしば不可能である。
核磁気共鳴(NMR)を使用して、ペプチドの構造と相互作用を決定できます。この方法は、局所構造および全体的な構造、結合および低親和性相互作用に関する情報を得ることができ、溶液状態で行うことができるため、困難なサンプルに適用できます。
>jove_content<生物学的システムにおける銅輸送は、Cu(I)イオンに特異的に結合し、一連のタンパク質間相互作用を通じて標的タンパク質に送達する細胞内銅メタロシャペロンタンパク質によって達成され、イオンを酸化から保護し、有毒な銅2-5の放出を防ぎます。結合部位は、保存された配列MXH / TCXanyXanyCによって特徴付けられ、NMRと結晶構造解析の両方で、2つのシステイン残基の柔らかいチオラート配位子によってCu(I)に結合することが示されていますが、追加の外部リガンドも提案されています6-8。これらのタンパク質の構造と機能の関係は、集中的な研究の対象となっています9。
ここで紹介する研究では、銅メタロシャペロンの保存配列を含むペプチドモデルを合成し、不活性環境下でCu(I)と反応させました。提示されたプロトコルは、サンプル調製、データ収集、データ処理、構造生成、構造解析など、NMRによる構造決定のステップを説明しています。分析は2つのステップで行われました:最初の構造は、ペプチドの銅イオンへの結合モードに関する情報なしで生成されました。結合モードが経験的に確立されると、これらの制約が導入され、高分解能の構造が得られました。結合のモードはモデルの重要なポイントであり、したがって偏りのない方法で決定されました。
モデルペプチドのNMR構造決定は、化学者や生物学者がよく使用する非常に価値のある手法です。これは、異なる条件下で異なるペプチドに比較的容易に適用することができ、したがって、関連するメカニズム10に光を当てることができるかもしれない。構造解明プロセスを理解することで、提案された構造の長所と短所をよりよく理解することができます。

<table><tbody><tr><td>Avance DMX 600 MHz Spectrometer</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NMR サンプルチューブ&nbsp;</td><td>Wilmad</td><td>535-PP</td><td></td></tr><tr><td>グローブボックス</td><td>MBraun</td><td>LM05-019</td><td></td></tr><tr><td>凍結乾燥機&nbsp;&nbsp;</td><td>VirTis</td><td>benchtopK</td><td></td></tr><tr><td>ペプチド</td><td>BioChemia</td><td>カスタムメイド</td><td>>95% 純度</td></tr><tr><td>銅 (1) 塩化</td>物 <td>Aldrich</td><td>224332</td><td></td></tr><tr><td>塩酸</td><td>BioLab</td><td>231-595-7</td><td></td></tr><tr><td>水酸化ナトリウム</td><td></td><td>Gadot 1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>d6-ジメチルスルホキシド</td><td>Aldrich</td><td>236926</td><td></td></tr><tr><td>酸化重水素</td><td>Aldrich</td><td>151882</td><td></td></tr></tbody></table>

1次元および2次元1hnmrを用いたペプチド-金属錯体の構造と配位決定

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

銅(I)がメタロシャペロン輸送タンパク質に結合すると、銅の酸化と有害な酸化還元反応に関与する可能性のある有毒イオンの放出が防止されます。Cu(I)結合メタロシャペロンタンパク質のペプチドモデルのCu(I)複合体(MTCSGCSRPG配列を含む)(下線は保存)を、不活性条件下で溶液中でNMR分光法により決定した。
NMRは、タンパク質やペプチドの溶液構造を決定するための広く受け入れられている手法です。X線結晶構造解析に適した単結晶を提供するには結晶化が難しいため、NMR技術は、特に固体状態ではなく溶液状態に関する情報を提供するため、非常に価値があります。ここでは、NMRによる完全な3次元構造決定に必要なすべてのステップについて説明します。このプロトコールには、NMRチューブでのサンプル調製、1Dおよび2Dデータの収集と処理、ピークの割り当てと統合、分子力学計算、構造解析が含まれます。重要なことは、分析が最初に事前設定された金属-配位子結合なしで実施され、偏りのない方法で信頼性の高い構造決定が保証されたことです。

銅結合タンパク質モデルの継続的な研究の一環として、線状ペプチド MTCSGCSRPG 内の保存配列 MT/HCXXC の構造を溶液状態 NMR により決定した。不活性環境下でペプチドを CuCl と反応させ、ユニバーサル試験紙で pH を測定したところ、約 3.0 であった。ペプチドのアミド領域は、銅との反応により 6.7-8.5 ppm から 6.6-9.0 ppm へと拡大した (図 2)。銅のわずかな酸化によるラインブロードニングがベースラインに認められる。
銅反応後のペプチド試料は経時的に安定しており（図 7）、スペクトルは良好に分解されており（図 8）、81個のNOE相互作用が得られた。この分子はNOESYスペクトルではNOE相互作用がほぼゼロであったため、これらの相互作用はROESY実験によって取得された（理論的な説明は図 6を参照）。
反応後のサンプルから導出されたペプチドのアン...

Cu (I)を用いたメタロシャペロンモデルペプチドのNMR溶液構造を決定し、サンプル調製と1Dおよび2Dデータ収集から3次元構造までの詳細なプロトコールについて説明しました。

1次元および2次元1HNMRを用いたペプチド-金属錯体の構造と配位決定

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

この手順の総合的な目的は、銅と複合体を形成したメタロシャペロンタンパク質模倣ペプチドの構造を決定することです。これは、まず酸素のない環境でサンプルを調製することで達成されます。第二のステップは、水素原子間の相互作用を示す核磁気共鳴（NMR）分光法データを取得することです。次に、空間的な相互作用を線状のペプチドテンプレートにマッピングします。最後のステップは、データに適合する代表的な低エネルギー構造を特定することです。最終的に、NMRから得られた構造を用いて、結合様式の決定および銅結合複合体の構造解析を行います。X線結晶構造解析などの既存の手法に対する本手法の主な利点は、弱く結合した複合体や、結晶化しない分子および複合体の観察に利用できることです。本手法は銅結合タンパク質の知見を得るために有用であるだけでなく、他の金属シャペロンなどの系にも適用でき、細胞内環境においてタンパク質がどのようにして不可欠でありながら潜在的に毒性を持つ金属イオンを安全に輸送するかを研究することが可能です。まず、銅の酸化を防ぐため、酸素のない環境で試料を調製します。APO試料を調製するには、約1〜2 mgのペプチドを450〜500 µLの重水素化NMRグレード溶媒に溶解します。銅反応試料については、APOペプチドと同量のペプチドを、等モル量の金属塩とともに450〜500 µLのNMR溶媒に溶解します。各溶液を、センターグラスろ紙または、調査対象の化合物に適しており、かつ化合物が吸着されないその他の手法を用いてろ過します。これは、均一性に影響を及ぼす金属粒子を除去するために不可欠です。溶液をNMRチューブに移し、チューブ内でサンプルを密閉します。グローブボックスから出る前に、サンプルを外に出して封印します。NMR装置を用いて、APOおよび銅反応サンプルの1次元プロトンスペクトルを測定し、比較します。APOペプチドは柔軟であり、平均的なコンフォメーションを示しますが、銅と反応すると、結合したペプチドアミドはより剛直な構造になります。したがって、銅含有ペプチドのスペクトルでは、アミド領域の化学シフトに顕著な変化が見られ、ピークが分離される可能性があります。テキストプロトコルに記載されている同一条件下で、最適化されたCOSY、TOCSY、NOESYまたはROSY NMR実験をセットアップし、順次実行してください。データ収集の間、各実験の合間に一次元実験を行い、サンプル組成がデータ収集全体を通じて一定に保たれていることを確認してください。テキストプロトコルで説明した方法でデータを処理した後、NOEスペクトルとROSYスペクトルに重ね合わせるためのCOSYおよびTOCSYスペクトルのセットを準備します。これにより、スペクトル内のすべてのNOEピークを割り当てます。まず、フィンガープリント領域で毒性信号と重複しているピークの割り当てから開始します。これにより、Sparkyプログラムを用いたその後のピーク割り当て入力が容易になります。割り当てられたピークをHα-アミドプロテインカップリング値から二面角へと変換して記録してください。また、プログラム内でピークを積分し、既知の距離を持つ相互作用を用いて変換することで、ピークを距離拘束へと変換してください。ピークが重複している場合や自動積分法が使用できない場合は、目視による推定でピークを強、中、弱、または極めて弱としてラベル付けし、これらの指定をそれぞれ最大 2.5、3.5、4.5、および 5.5 angstroms の距離に変換することができます。explore 用の正しい形式で距離拘束と二面角をインポートします。Explore はコンフォメーション空間を探索し、標準的な化学幾何学に準拠した構造を特定します。これらのパラメータのいずれも違反しないアンサンブルを生成するために、実験的に得られた距離拘束を追加します。これが初期アンサンブルとなります。バイアスなくどの残基が金属結合に関与しているかを特定するため、金属に対する拘束を一切使用せずに最初の構造決定ランを実行します。テキストのプロトコルに記載されている通り、構造を共役勾配法によるエネルギー極小化で4,000回反復して最小化する前に、割り当ての誤り、NOEエネルギー、およびシミュレートされたニーリングパラメータを特定しやすくするため、拘束条件を徐々に導入します。通常50メンバーで構成される最終的なアンサンブルを作成し、アンサンブル全体に対して反復的に拘束条件を導入して、検出された各タイプのNOE相互作用の数を報告します。最後に、標準的な化学幾何構造および経験的なNMR由来の拘束条件に準拠した構造アンサンブルを作成します。全コンフォメーション数、そのうちNMR由来の拘束条件に違反がある数、および主鎖と全重原子の両方のRMSD値を含むアンサンブル全体のRMSDを報告してください。低エネルギーアンサンブルを解析し、金属イオンに結合するために、どの残基の側鎖が互いに適切な近接位置にあるかを決定します。これらが決定したら、銅結合データを含めて解析を繰り返します。NMRから得られた距離拘束に加えて、決定した残基に金属結合拘束を追加します。金属イオンおよびそのトポロジーを記述するための適切なパラメータを追加します。質量、他原子との結合距離、角度、および非結合反発パラメータなどの適切な物理情報をパラメータファイルに入力します。結合情報をトポロジーファイルに追加します。この情報には、結合の結果としてどの結合が形成または切断され、どの形式電荷が変化したかが含まれます。最後に、解決されたアンサンブルがペプチドの採用するコンフォメーション空間を表すため、前述と同様に構造のアンサンブルを取得します。NMR測定中、構造のすべてのコンフォメーションをMal Mallプログラムにインポートし、開始アンサンブルを作成します。アンサンブルを検討し、分子の局所的な安定性を決定します。配列に沿って4残基ずつの領域を順次選択し、プログラムを用いて最低エネルギー構造または平均構造に対するRMSD値を算出することで、バックボーンおよび側鎖のRMSD値を決定します。局所的なRMSDを配列の関数としてプロットし、分子のどの領域が局所的な安定性を示すかを判断し、分子のこの領域に沿ってアンサンブルを重ね合わせ、このアンサンブルをさらなる解析に使用します。NMR由来の拘束条件に準拠する低エネルギーコンフォメーションを選択してください。これらは低エネルギーアンサンブル記録を構成し、アンサンブル内のコンフォメーション数、それらの選択基準、およびRMSD値を報告します。金属結合モードがまだ決定していない場合は、低エネルギーアンサンブルを解析し、どの残基の側鎖が不適切であるかを判断してください。金属イオンを結合させることができる互いの近接性を確認します。KYMERAを使用して、金属結合が疑われる原子間の分子内距離を決定します。これらの距離が決定した後、アンサンブルにおける平均距離を算出してください。銅結合データを含めて、同様の解析を繰り返します。アンサンブルを解析し、MAL mallプログラムのデフォルト検索パラメータを用いて、分子内の局所的な二次構造を決定します。次に、そのアンサンブルをkymeraにインポートします。二次構造は水素結合によって保持されており、分子の安定した領域を示します。kymeraツールを用いて水素結合を決定します。テキストプロトコルに詳述されている通りに構造解析を継続してください。その後、すべての構造的知見をまとめ、それらがどのように相互に補強し合っているかを明らかにします。銅結合タンパク質モデルを研究するため、得られた線状ペプチド内のタンパク質の保存された結合配列の構造を溶液状態NMRにより決定し、ペプチドの6.7から8.5のアミド領域を解析しました。PP Mは銅と反応して6.6から9.0 PP Mへと拡大しました。ベースラインには、わずかな銅の酸化によるラインブロードニングが認められます。ここでは、銅結合ペプチドのRoy Toxiおよびcozyスペクトルのフィンガープリント領域のオーバーレイを示しています。サンプルは経時的に安定しており、スペクトルは十分に分解され、rosy実験によって得られた81個のNOE相互作用が確認されました。NO C実験において、この分子はNOE相互作用がほぼゼロであったため、反応後サンプルから導出したペプチルのアンサンブルを、金属に対する拘束条件を設けずに算出したところ、50構造中47構造において、主鎖および重原子のRMSD値がそれぞれ1.44および2.07 angstromsであった。これらのうち、主鎖および重原子のRMSD値がそれぞれ0.25および0.61 angstromsである13個の低エネルギーコンフォーマーを、さらなる解析のために選択した。局所RMSDプロットでは、3番目から7番目の残基間に安定領域が示された。プロリン残基を含む剛直なC末端領域に加え、この領域はすべてのコンフォーマーにおいて、4番目から7番目の残基間で屈曲した構造をとっていることがわかった。この屈曲構造は、主鎖のドナーとアクセプターであるグリシン5および3、アラニン2、ならびにシステイン6とシステイン3の間の水素結合によって安定化されています。この屈曲は、システイン3およびセリン7付近の結合定数（カップリング定数）の減少からも明らかです。これらの構造をこの領域で重ね合わせ、システイン3、システイン6、およびメチオニン1を潜在的な結合残基として想定し、結合に関与し得る残基について解析を行いました。最も短い硫黄原子間の距離はシステイン3とシステイン6のフォレート基間で、銅結合を導入して計算を繰り返し、解析に使用するアンサンブルを得ました。銅結合ペプチドの低エネルギーアンサンブルでは、末端アミンが結合した銅に近接していることが示されています。ここでは静電ポテンシャル分布の等値面を示しており、正のポテンシャルを青色で、負のポテンシャルを赤色で表示しています。アルギニン残基はペプチドの主鎖から伸びて正の静電ポテンシャルのローブを形成し、一方で主鎖の炭素は直線状に配列して、それほど顕著ではない負の静電ポテンシャルを形成します。この手法を習得すれば、約1週間のNMR測定時間と、その後の数日間の後処理で構造決定が可能となり、構造解析に使用できるコンフォメーションのアンサンブルを得ることができます。この手順に従い、他のペプチド変異体や異なる条件下での解析を行うことで、銅イオンの結合および放出の程度に必要とされる条件に関するさらなる疑問を明らかにできます。

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Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

1次元および2次元1H NMRを用いたペプチド-金属錯体の構造および配位の決定

このプロトコルは、抗癌剤BBR3464とピコプラチンの態様を組み合わせた多核白金錯体の合成に使用するのに好適な架橋配位子を形成するためのイソニコチン酸とジアミノアルカンのアミドカップリング反応の使用を記載している。...

ビスピリジン系リガンドの合成と二核抗癌剤として白金彼らの複合体形成のためのアミドカップリング反応

ルテニウムホスフィン錯体が広く水素化のような均質触媒反応のために使用される。 N -triphosリガンドN（CH 2のPPh 2）3を有する新規な三座ルテニウム錯体の一連の合成が報告されている。さらに、レブリン酸と二水素Ru- N -triphos複合体の化学量論反応が記載されている。...

ルテニウムのシリーズの合成、キャラクタリゼーションと反応性<em&gt; N</em&gt; -triphos<sup&gt; Phで</sup&gt;錯体

この記事では、非極性溶媒から再結晶した第一級アンモニウムトリフェニルアセテートを使用して、結晶中の一連の水素結合超分子クラスターの構築について説明しています。この超分子クラスターの選択的な構築は、超分子クラスターとその構成要素との間の相関関係に関する効果的な系統的対称研究につながります。...

バイナリまたは三元アンモニウムTriphenylacetatesと超分子クラスターのシリーズの構築と体系的対称研究

エレクトロスプレーイオン化Orbitrap質量分析による、水銀(II)とジシステニルテトラペプチドの異なる相対比で形成された複合体の特性評価が提示されます。...

エレクトロスプレーイオン化質量分析法によるDicysteinylテトラペプチドと水銀（II）の錯体の研究

原子分解能で分子タンパク質複合体の構造は、多様な生命現象で重要な役割のため関連性が高いです。ここで、マジック角回転固体核磁気共鳴分光法 (MAS SSNMR) による不溶性と非晶質高分子タンパク質複合体の高分解能構造解析を実行するためのプロトコルを提案する.

固体核磁気共鳴分光法による高分子アセンブリの原子スケール構造の研究

システイン豊富なペプチッドは、二硫化接続に応じて異なる立体構造に折る。個々 のジスルフィド異性体のターゲットを絞った合成は、バッファー酸化が必要な二硫化接続につながるしない場合に必要です。プロトコルを扱う 3 ジスルフィド結合ペプチド、NMR および MS/MS...

合成と異なる二硫化接続と μ-コノトキシン PIIIA 異性体の構造決定

イミンメタセシスのための新しいグループIV金属触媒は、脱ヒドロキシレートシリカ上にアミン金属複合体を移植することによって調製される。表面金属断片は、FT-IR、元素微小分析、および固体NMR分光法を使用して特徴付けられます。さらに動的な核偏光面強化NMR分光実験は、協調球の決定を補完する。...

表面有機金属化学の方法論を用いてシリカ支持触媒によるイミンメタセシス

イオンモビリティ質量分析および分子モデリング技術は、設計された金属結合ペプチドおよび銅結合ペプチドメタノバクチンの選択的金属キレート性能を特徴付けることができる。金属キレートペプチドの新しいクラスを開発することは、金属イオンの不均衡に関連する疾患の治療につながるのに役立ちます。...

金属イオン認識の構造とメカニズムを決定するイオン移動質量分析技術と金属結合オリゴペプチドの酸化還元活性

SNSピンサーコバルト(II)モデル複合体の肝臓アルコール脱水素酵素の調製をここに紹介します。この複合体は、リガンド前駆体をCoCl2・6H2Oと2反応させることで調製でき、その後、ジエチルエーテルがコバルト錯体を含むアセトニトリル溶液にゆっくりと拡散させることによって再結晶することができる。...

SNSコバルト(II)の製造用肝アルコール脱水素酵素のピンサーモデル複合体

さまざまな温度範囲で収集されたNMRスペクトルの線形状分析は、キラルな8配位のレニウム(V)ポリヒドリド錯体であるReH5(PPh3)2(sec-ブチルアミン)の内部配位球原子の再配列のガイドとして機能します。線形状解析は、これらの原子再配列の活性化パラメータΔH‡、ΔS‡、およびΔG‡を決定するためにも使用されます。...

キラルレニウムポリヒドリド錯体における配位球転位特性評価のための動的NMRスペクトルの線形状解析

学ぶペプチド-銅錯体のNMR構造解析法。無酸素環境下でのサンプル調製、1次元および2次元¹H NMRデータ収集、距離制約に基づく低エネルギー構造決定のプロトコルを解説。メタロシャペロン研究への応用も示す。

1次元および2次元^1HNMRを用いたペプチド-金属錯体の構造と配位決定

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