DsbC

関連する読書

ジスルフィド結合の概要

ジスルフィド結合（S-S結合）とは、2つのスルフヒドリル基が酸化されることにより形成される、-S-S- 形態の硫黄原子間の共有結合である。ペプチド鎖上の2つのシステイン残基（略称Cys）のスルフヒドリル基は酸化を受けてジスルフィド結合を形成し、結合形成に伴いシステイン残基はシスチン残基へと変換される。ジスルフィド結合は、タンパク質の分子構造を維持する上で極めて重要な役割を担う。

ジスルフィド結合の役割

ジスルフィド結合は、タンパク質の適切なフォールディングならびに高次構造の形成・維持に重要である。ジスルフィド結合の形成により、同一または異なるペプチド鎖の異なる領域に存在するアミノ酸残基が近接して集合するため、ペプチド鎖は迅速に折り畳まれ、安定した立体トポロジーを形成する。この領域ではアミノ酸残基の密度が高くなる。さらに、疎水性アミノ酸残基がジスルフィド結合を取り囲むことで局所的な疎水性中心が形成され、水分子の侵入が抑制されてペプチド内部の水素結合が破壊されにくくなる。これにより、安定な高次構造領域の形成が促進される。ジスルフィド結合はペプチド鎖の異なる領域を架橋し得ることから、ジスルフィドブリッジとも呼ばれることがある。

背景

DsbAは2つのスルフヒドリル基を酸化してジスルフィド結合を形成する役割を担い、DsbBはDsbAの再酸化を担う。DsbCおよびDsbGは、DsbAにより導入された異常なジスルフィド結合の修復を担い、DsbDはDsbCおよびDsbGの再還元を担う。これらの分子シャペロン機能は、ジスルフィド結合形成酵素活性とは独立している一方で、ジスルフィド結合形成酵素活性に対して有意な寄与を示す。Dsbタンパク質の機能特性に基づき、宿主として大腸菌（E. coli）を用いて外来タンパク質、特にジスルフィド結合含有タンパク質を発現させる用途で、これらを活用した成功例が多数報告されている。

発見

1994年、Missiakas らは、大腸菌におけるDsbCタンパク質の存在を同定し、機能解析を行った（当該遺伝子は当初xprAと命名された）。これに先立ちShevchik らは、Erwinia chrysanthemiにおいてdsbCと命名された遺伝子を最初に同定し、その産物が、大腸菌のペリプラズム腔におけるタンパク質ジスルフィド結合形成の異常を引き起こすE. coli dsbA変異を補償し得ることを示した。E. coli dsbC欠失変異株では、ペリプラズム腔においてジスルフィド結合含有タンパク質の還元型が多数蓄積するが、酸化型ジチオスレイトール（DTT）またはシステインの添加、あるいはdsbAの多コピー発現により回復可能である。E. coliのDsbC前駆体タンパク質の分子量は25.5 kDであり、その後プロセシングを受けて23.3 kDの成熟タンパク質となる。

DsbC

ジスルフィド結合形成タンパク質B（DsbB）は、E. coliおよび他の細菌におけるペリプラズムタンパク質のジスルフィド結合形成に至る経路を構成するタンパク質成分である。Bacillus subtilisではBdbCとして知られている。

構造

DsbBタンパク質はペリプラズムタンパク質であるDsbAを酸化し、DsbAはさらに他のペリプラズムタンパク質中のシステインを酸化してジスルフィド結合を形成させる。DsbBは細胞質膜を介した酸化還元電位センサーとして機能する。DsbBは膜を4回貫通する膜タンパク質であり、タンパク質のN末端およびC末端はいずれも細胞質側に位置する。タンパク質の各ペリプラズム構造ドメインには、必須の2つのシステインが存在する。第1ペリプラズムドメインの2つのシステインはCys-XY-Cys配列をとり、これはDsbAやタンパク質ジスルフィド結合異性化酵素（PDI）を含む、ジスルフィド結合形成に関与する他のタンパク質の活性部位に特徴的な構成である。