Serine conformationって？

ある医学系の論文で出てきたのですが、ある種の蛋白の特定のアミノ酸配列に対して反応するmonoclonal抗体についての内容で、抗体作製時の抗原がウシ由来の蛋白で、それを用いてヒトの組織を免疫組織染色すると、その蛋白が正常のものではほとんど染色されることはなく、リン酸化等の修飾により変性が進み、構造が変化したものが陽性に染色されるとのことです。
その原因として、ある特定の位置のアミノ酸がウシではserineであるのに対し、ヒトではprolineであるため、正常の蛋白はいまいち反応しないものの、その変性した蛋白で陽性反応を示すのは、prolineが "serine conformation"を起こしているためと結論づけています。
このserine conformationとは、一体どのような状態なのでしょうか？

No.11 回答者： MiJun 回答日時： 2001/06/10 11:22

MiJunです。

補足を要求しながら、レスが遅くなりまして申し訳ありません。
rei00さん同様にoriginalを入手すべく手配してますが、国会図書館でも欠号のようで入手に時間がかかりそうです。

そのような訳でPubMedのAbst.とネットでの検索ですが、まだいくつか不明点があります。
１．タイトル「Tau 2: A probe for a Ser conformation in the amino terminus of tau.」
で、「in the amino terminus of tau」のところですが、これは「tau」のN末（端）でしょうか？
２．「Tau2」抗体の作成者および論文は・・・？
（⇒１．の論文のMethod・Referenceに記載があるでしょうが・・？）
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１．に関連して以下の参考URLサイトを参考にすると、このページのFig.に各種のTau抗体の「epitope」部分が表示されてますが、残念ながら「Tau2」は表示されてません（多分これ以降に作成された為ではないかと想像してますが・・）？

そのような意味でも上記の２．の内容が知りたいのです。

それと、「in the amino terminus of tau」の関連でこのFig.には他の抗体でもN末に「epitope」があるものはありません。
⇒このN末はどこのN末なのでしょうか・・・？

sonorinさんの期限も過ぎているでしょうが・・・？
非常に興味がありますのでこのまま質問を締め切らないで頂ければありがたいのですが・・・？

PubMedのAbst.だけでも時間がかかりそうですが、いろいろわかりそうです・・・？

参考URL：http://bioinformatics.weizmann.ac.il/hotmolecbas …

この回答への補足

なんだか、本当に皆さんにこんなマニアックなテーマにお付き合いいただいてしまって・・・。でもこんなサイトもあるなんて、とても参考になります！
そこで、MiJunさんからの疑問点ですが、
１.については、「the amino terminus of tau」はこの場合、tauのN末端側という意味合いです。ですので、かんぜんなアミノ末端ではありません。
２.については、このoriginal paperでは、
　Papasozomenos SC, Binder LI. (1987) Phosphorylation determines two distinct species of tau in the central nervous system. Cell Motil Cytoskeleton 8; 210-226
　が、tau-2抗体の最初の作成者のようですが、この雑誌は私の大学の図書館にありませんので、特に複写請求せずにいました。
　また、このPapasozomenosらの以下の論文
　Papasozomenos SC, (1989) Tau protein immunoreactivity in dementia of the Alzheimer type. I. Morphology, evolution, distribution, and pathogenetic implications. Lab Invest 60; 375-389
　には、tau-1とtau-2抗体のAlzheimer症例脳における染色態度の比較を行っており、長らくglial fibrilally tanglesの抗tau抗体染色性の研究論文に頻繁に引用されていましたが、この内容ではtau-1に比して、tau-2では染色されてくるastrocyteが多いと述べていました。しかし、掲載されている写真を見る限りでは、microgliaをastrocyteと誤認して書いているようでしたし、実際の私が染色した標本においても同様の結果です。（その後そのことについて触れられている論文はありませんが）
　あと、tauに対する抗体ですが、参考のサイトにあげられている以外に、多数の抗体が存在します。tauのアミノ末端部を認識する抗体として有名なのがAlz50というものがあり、aa1-10を認識するとされています。しかしtauのN末端側を認識する抗体としては、この他にtau-1、tau-2、AT8がある程度で、他はそれ以降の部位を認識するものがほとんどです。

　あまり述べると本当にマニアックになりすぎて、補足欄では足りないぐらいですが、周囲にdiscussion可能な人がいないので、助かってます。ありがとうございます！！

補足日時：2001/06/11 09:28

No.10 回答者： rei00 回答日時： 2001/06/05 19:57

rei00 です。

今，sonorin さんの紹介された論文のコピ－を取ってきました。子供に邪魔されなければ，今晩読んで見ようと思います。

ところで，図書へ行ったついでに，タンパク質の高次構造が載っていそうな成書を片っ端から開いてみました。と，poly-serine や poly-proline の conformation に関する記述が見付かりましたので紹介しておきます。

「タンパク質化学　第３高次構造」著編者：赤堀四郎，出版社：共立出版，刊行年：1973，MBN：MJ73003587

　この本の p.203 によると，タンパク質やペプチドの高次構造に cross-β構造というものが存在するそうです。この構造は，普通のβ構造をシ－トに直角な軸のまわりに 90°まわしたものに相当するそうです。なお，これに対して通常のβ構造を parallel-β構造と呼ぶことがあるそうです。

　で，この構造は，各種の球状タンパク質の変形したものなどに見い出されるそうです。また，poly-o-acetyl-L-threonine や poly-o-acetyl-L-serine がこの cross-β構造をとるそうです。

　一方，poly-glycine や poly-L-proline では，３回らせん軸をもった鎖が３本あつまっているそうです。

　この結果，及び PubMed の「serine conformation」検索でヒットした最も古い文献（1968 年の３文献）の内容から考えると，上記の conformation が，それぞれ「serine conformation」と「proline conformation」だと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。cross-β構造の説明は、非常に要点が簡潔に説明されていて、よく分かりました。

異常リン酸化tau蛋白の場合も、高度にaggregationを起こして、蛋白構造にかなり物理的な変化も見られるようですし、こういった現象がtau-2の反応性の変化に繋がっているのかも知れません。

生化学の特に蛋白構造の分野について、詳細にディスカッションできる人間が周囲にいないので、とても助かります。

お礼日時：2001/06/06 09:26

No.9 回答者： MiJun 回答日時： 2001/06/01 17:35

MiJunです。

sonorinさんの「ある医学系の論文」を教えて下さい。
PubMedでいろいろ検索していたら、それらしき（？）論文がひっかかってきました。

補足お願いします。

この回答への補足

長らくこの質問にお付き合いいただいてありがとうございます。
MiJunさんからの補足要求で、これに関して書かれている論文をお知らせします。

Watanabe N, Takio K, Hasegawa M, Arai T, Titani K, Ihara Y. (1992)
Tau 2: A probe for a Ser conformation in the amino terminus of tau.
J Neurochem 58; 960-966

はっきり言って、あまり生化学的なことについては詳しくないので、素人にもわかりやすくご説明いただけるとありがたく思います。

補足日時：2001/06/04 09:10

No.8 回答者： rei00 回答日時： 2001/05/30 12:48

rei00 です。

> rei00さんのご指摘は当方の理解違いかもしれません？

　結構この間違いは多いですね。時には論文に間違って表現されていることもあります。余談ですが，お国柄か，ドイツ語圏の雑誌に投稿すると，うるさい程に訂正されてきますね（おかげで，私も気を付けるようになりましたが）。

> さらに、これも「勘違い（理解違い）」があるかもしれませんが、・・・・・

　MiJun さん，「勘違い（理解違い）」じゃないと思います。お書きのものは間違いなく「coformational change」です（ここでは結合の解裂が起こっていませんから）。というよりも，タンパク質の「coformational change」とは「高次構造の変化」と考えてよいように思います。

> この質問の「タウタンパク」に当てはめると、・・・・・・

　私の意見も同じですが，MiJun さんの回答と sonorin さんの補足を拝見してから，若干調べた結果を書いた後に，それも踏まえて紹介させていただきます。


　まづ，sonorin さんの補足を拝見していて，以前にアルツハイマ－に有効な天然物の探索を検討した際に買った雑誌を思い出し，引っ張り出してみました。その中の「Pharma Medica, Vol.18, No.2, 特集　アルツハイマ－病と異常蛋白沈着による痴呆症をめぐる最近の話題」の p.117 の図２にプロリルイソメラ－ゼによるペプチド結合の異性化の図があります。

　また，p.118 には，「リン酸化 Thr231Pro がシス型からトランス型に異性化されると，βタ－ンからランダムコイルへと構造が変化する。」との文章があります（これは異常タウを正常化する方向です）。プロリンのシス型トランス型自身はご存知かも知れませんが，「レ－ニンジャ－の生化学　上」p.207 等にも記載がありますので，適当な生化学の教科書を御覧下さい。

　以下私の推測です。


　どこかの serine あるいは threonine（勿論，今問題にしている場所以外です）が proline 指向性プロテインキナーゼによってリン酸化をうける。

　　　↓

　PHF 形成が引き起こされる（同時にランダムコイルからβタ－ンへの高次構造変化変化も）。

　　　↓

　高次構造変化の影響で，問題の位置のプロリンが トランス型からシス型へ conformation 変化する。と同時に，gauche(+) conformation から "serine conformation" = gauche(-) conformation に変化する。

　　　↓

　このプロリン部分の conformation 変化に伴う立体的変化を tau-2 が認識する。


　いかがでしょうか。こう考えると，「同じようにリン酸化されているタウが存在しても、tau-2が反応したり、しなかったりするものがあります（glial fibrillary tanglesの一部）」と言う事も，tau-2 が反応しないリン酸化タウでは上記の様な conformation 変化が起きていないとして理解できます。


> この配列がヒントになればいいのですが…。

　抗体はアミノ酸配列ではなく，その配列によって作られる特定の立体を認識しています。通常は，この特定の立体がアミノ酸配列に対応付けられるので，特定のアミノ酸配列を認識している様なイメ－ジがありますが，中にはこれが対応付けられない物も存在します（すみませんが，具体例はチョット分かりません）。tau-2 抗体はこの特殊な部類の抗体だと思います。

No.7 回答者： MiJun 回答日時： 2001/05/29 22:41

MiJunです。

rei00さんのご指摘は当方の理解違いかもしれません？
少なくとも、ご紹介の論文では「conformation」と言う表現になっているのですから・・・。

さらに、これも「勘違い（理解違い）」があるかもしれませんが、「coformational change」に関する例として次の例があります。
赤血球中のヘモグロビン（Hb）の酸素化の例があります。
これは、Hbのヘム（プロトポルフィリンFe(II)錯体）に酸素が結合することで、タンパク部分のグロビンが高次構造が変化します。これをconformational changeであると学びました。

この質問の「タウタンパク」に当てはめると、serineがリン酸化されることで（これがDriving forceとなり）、「（リン酸化された）タウタンパク」が高次構造変化を起こし、PHF（paired helical filaments）になるのではないでしょうか？
当然（？）conformation変化が起きているのではないでしょうか？
それを「serine conformation"を起こしている」との表現ではないでしょうか・・・？
ですから、この場合の「Driving force」はserineのリン酸化だと思います。

そのように考えると、
「prolineが "serine conformation"を起こしているためと」
の部分の記載で「proline」の説明が分からなくなります？

益々混乱させてしまいますが、如何でしょうか？

この回答への補足

MiJunさん、rei00さん、本当に熱心にご検討いただいてありがとうございます。一応、このtau-2 monoclonal抗体が認識するタウ蛋白のアミノ酸配列を示しますと、
(Bovine) 　AGIGDTSNLEDQAAGHVTQARMVSK　…tau-2免疫抗原
(Human)　 AGIGDTPSLEDEAAGHVTQARMVSK
このpaperでは、他にRatとMouseのMAPについてもWestern blottingで検討しており、これらはウシやヒトよりもtau-2認識配列の間に2-3個のアミノ酸が余分に存在し、ウシと比較すると2個ほどのアミノ酸相違がありますが、tau-2の反応性はほとんど認められませんでした。
タウにおけるserineあるいはthreonineのリン酸化部位の多くはproline指向性プロテインキナーゼによって起こり、この問題のprolineの直後にserineがありますが、このserineがリン酸化されているという報告はありません。
また、タウの異常リン酸化による構造変化はPHFの形態のみでなく、straightのものや幅の狭いあるいは広いねじれたものもあり、同じようにリン酸化されているタウが存在しても、tau-2が反応したり、しなかったりするものがあります（glial fibrillary tanglesの一部）。この配列がヒントになればいいのですが…。

補足日時：2001/05/30 09:11

No.6 回答者： rei00 回答日時： 2001/05/29 17:07

rei00 です。

お礼を拝見して，その内容に関して一言回答いたします。その前に，まとめてお礼されるのであれば，「お礼」でなく「補足」を使われる方が良いと思います。「お礼」はその回答者（今の場合は，私 rei00）にしか届きませんが，「補足」は回答者全てに届きますから。

さて，お書きの『「prolineのserine conformation」とは、prolineが蛋白の構造変化により、物理的な影響を受けて開裂し、さらに側鎖の一部が解離したために起こる現象なのでしょうか？』についてですが。

下の回答にも書きましたが，conformation の変化と言った場合，結合の解裂は関係ありません。と言うより，結合解裂が起こった場合は conformation の変化ではなく，化合物の変化になってしまいます。したがって，今の場合には蛋白のこの部分のアミノ酸配列自身には変化がない（正常蛋白のアミノ酸配列と同じ）と考えられます。

では何が変化しているのか，ですが。おそらく，そのプロリンが "serine conformation" をとる事で，その近辺のアミノ酸側鎖等の空間配置に（微妙な？）変化が生じているのだと思います。で，この違いを抗体が認識したと言う事だと思います。

> 他の方のご意見を、もうしばらくお聞きしたいと思います。

　そうですね。「構造生物学」の専門家の方のご意見を伺いたいところですが，どなたかおられませんか。ryumu さん御覧になっていませんか。

No.5 回答者： rei00 回答日時： 2001/05/29 10:26

rei00 です。

MiJun さんの疑問の前半について回答いたします。

>「gauche」との表現は「configuration」であって、「connformation」ではないと記憶してます。

　MiJun さん，逆ですよ。「configuration ＝ 立体配置」で「connformation ＝ 立体配座」です。つまり，単結合周りの立体を言うのが conformation です。

　大抵の有機化学の教科書に載っていますので，今更何ですが，一応 Johannes Dale 著，杉野目浩・大澤映二 訳「三次元の有機化学　－立体化学と立体配座解析－」（養賢堂）中の定義を抜粋しておきます。

立体配置（configuration）：同じ構造を有する分子について，互いに分離できる異性体が得られる場合，それぞれにおける原子の空間での結合の仕方を指す。

立体配座（conformation）：ある配置を有する分子において，原子が，空間でどのように配置されているかを指す。


いかがでしょうか。

この回答へのお礼

ここでまとめてお礼させていただきます。Mijunさん、rei00さん、どうも詳細に検討いただきましてありがとうございました。
rei00さんのご紹介のサイトを見たところ、gauche(+)、gauche(-)とかtrans conformationの内容は、立体異性についてだったようです。一番最初の134さんのところでも述べましたが、serineとprolineでは炭素の数が異なる上に、プロリンは環状構造を取っております。これまで討論していただいた色々な点から考えると、「prolineのserine conformation」とは、prolineが蛋白の構造変化により、物理的な影響を受けて開裂し、さらに側鎖の一部が解離したために起こる現象なのでしょうか？他の方のご意見を、もうしばらくお聞きしたいと思います。

お礼日時：2001/05/29 14:59

No.4 回答者： MiJun 回答日時： 2001/05/28 20:12

MiJunです。

rei00さんのご紹介のサイトで、「gauche(-) conformation」の記載が気になります。
遠い昔に習った記憶（？）では、定義の問題ですが、
「gauche」との表現は「configuration」であって、「connformation」ではないと記憶してます。
⇒「serine conformation」とは「gauche(+)」configurationを取っているものが、serineのリン酸化によって「conformational change」を誘起して「serine conformation」を取るとの意味でしょうか？

少し調べていて疑問になったのですが、「正常タウ」はどのようなconformationを取っているのでしょうかね・・？
恐らくαーへリックスとβーシートが混じっているとおもうのですが、その中でリン酸化部位のセリンは「αーへリックス」と取っているのでしょうか・・・？

タウタンパクがリン酸化されて「PHS」になるようですが、これは「βーシート構造」を取っているようです。

補足お願いします。

No.3 回答者： rei00 回答日時： 2001/05/26 18:06

専門家ではありませんが，「Infoseek」で「serine conformation」で検索したところ，図入りの説明がありましたので，ご紹介しておきます。

問題のペ－ジ自身をご紹介してもよいのですが，このペ－ジは「Principles of Protein Structure Using the Internet」と題するテキストの一部ですのでこちらの URL を参考 URL に挙げておきます。

問題のペ－ジには，「Section 3 - Protein Geometry, 5th Feb」→「Protein Geometry」→「9.Side-Chain Conformations」とたどると出てきます。

ここに「The gauche(-) conformation is occasionally adopted by serine or threonine residues in a helix」や「With most amino acids the gauche(+) and trans conformations are adopted with similar abundances although the gauche(+) conformation tends to dominate.」との表現があります。したがって，「serine conformation」とは，ここの図にある「gauche(-) conformation」の事だと思われます。

ですので，その論文の「prolineが "serine conformation"を起こしている」とは，正常タンパク中では「gauche(+) conformation」で存在しているプロリンが，変性によって「"serine conformation" = gauche(-) conformation」に変化している，との意味だと思われます。

いかがでしょうか。

参考URL：http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/course/index.html

No.2 回答者： MiJun 回答日時： 2001/05/23 23:51

以下の参考URLサイトは参考になりますでしょうか？

「３－４：２次構造」
ここでの記載にあるように「βターン」構造を「serine conformation」と言っているのではないでしょうか？

国外のサイトで検索すると、確かに「serine conformation」でHitします。

質問の内容に関してですが、
・このmonoclonal抗体はウシ由来の蛋白を抗原としてどのように作成されたのでしょうか？
・>ある特定の位置のアミノ酸
これはウシの組織の蛋白中のアミノ酸でしょうか？

参考URLサイトによると「porline」も「βターン」構造をとるので、「serine conformation」同様になる・・・？

・変性した蛋白とは「リン酸化」した蛋白を指しているのでしょうか？

⇒βターン構造を取っているproline残基では陰性で、このprolineがリン酸化されれば陽性になるのでしょうかね？

補足お願いします。

専門家のフォローお願いします。

参考URL：http://www.on.rim.or.jp/~messahra/gakusei/bioche …

この回答へのお礼

ここに出てくる蛋白とは、細網骨格関連蛋白の一つtau蛋白です。ここで問題になっているmonoclonal抗体はtau-2で、この抗体は、ウシの細胞骨格関連蛋白MAPを抗原として作製されたものです。
しかし、このtau-2は、他の抗tau monoclonal抗体やpolyclonal抗体と少し違った反応性を示します。tau-2はアルツハイマー型痴呆等で神経細胞中のtau蛋白が異常にリン酸化されるために機能低下に陥り、蓄積していき細胞構造を崩壊するもので、大半の抗tau抗体はこのリン酸化されたアミノ酸部位に反応するのですが、このtau-2は異常リン酸化部位が存在しないアミノ酸配列を認識します。（他にもこのような性質のmonoclonal抗体があります）
ですが、tau-2でウエスタンブロットで分離した正常あるいは異常リン酸化tauのバンドを免疫染色すると、正常よりも異常リン酸化tauの方が強い反応性を示すようです。
URLをチェックしたところ、生化学について比較的わかりやすく書かれているページでした。ですが、βターン構造についてはセリン、プロリンだけではなかったですね。異常リン酸化tauではリン酸化部位はすべてセリンあるいはスレオニンです。
専門家の方のフォローを私も心待ちにしております。

お礼日時：2001/05/24 14:26