Βサンドイッチ

βサンドイッチ (Beta-sandwich)

概要

タンパク質構造における基本的なモジュールの一つであるβサンドイッチ構造について解説します。この構造は、機能的に多様なタンパク質に広く見出されます。

構造的特徴

βサンドイッチは、一般的に約80から350個のアミノ酸残基から成るタンパク質の独立した領域（ドメイン）として存在します。その最も顕著な特徴は、複数のβストランドが逆平行に並んで形成する2枚のβシートが、互いに向かい合うように密接に配置されている点です。ちょうどサンドイッチのように、2枚のβシートが挟み込むような構造をとります。ドメイン内に含まれるβストランドの総数は、特定のタンパク質の種類によって異なります。この構造的な骨格は、タンパク質の安定性や特定の分子との相互作用部位の形成に寄与します。

多様なフォールド分類

βサンドイッチ構造を持つドメインは、その内部におけるβストランドの配置パターンやβシート間の接続様式（トポロジー）の違いに基づいて、さらに様々なフォールドに細分類されます。これらのサブクラスは、しばしば特定の機能やタンパク質ファミリーと関連付けられます。代表的なフォールドには以下のようなものがあります。

免疫グロブリンフォールド (Igフォールド)

抗体分子（免疫グロブリン）をはじめ、細胞接着分子や膜受容体など、免疫系に関わる多くのタンパク質に典型的に見られるフォールドです。この構造は、通常7本から9本の逆平行βストランドで構成され、これらが折り畳まれて2枚のβシートを形成します。シート間の接続パターンの一部は、特定のβストランドの配置パターンであるグリークキートポロジーを含んでいます。Igフォールドは、分子間の認識や結合において重要な役割を果たします。

グリークキートポロジー

これはβサンドイッチ構造を構成するβストランドの特定の折り畳み方を指すトポロジー名です。その名の通り、ギリシャ雷文（グリークキー模様）に似たストランドの配置パターンを示します。前述の免疫グロブリンフォールドの一部に見られるほか、甲状腺ホルモンを運搬する血清タンパク質であるヒトのトランスサイレチンなど、他のβサンドイッチ構造を持つタンパク質にも確認されます。

ジェリーロールトポロジー

樽状のβシート構造とも関連が深いこのトポロジーは、特に糖鎖に結合する機能を持つタンパク質に多く見られます。例えば、植物由来の糖結合タンパク質であるコンカナバリンAや、その他の様々なレクチン類がこのジェリーロール構造を有しています。また、病原性細菌である黄色ブドウ球菌が宿主組織に付着する際に働くアドへシンタンパク質において、宿主のコラーゲンに結合する領域もジェリーロール構造を採ります。さらに、細胞外マトリックス成分として機能するテネイシンに含まれる、細胞接着に関わるフィブロネクチンIII型リピートのうち、特に第3モジュールなどがこのジェリーロールフォールドに該当します。

L型レクチンドメイン

これはジェリーロールフォールドの一つの変種として位置づけられる構造クラスです。糖鎖結合能を持つタンパク質ファミリーに見出されます。

C2ドメイン

多くのシグナル伝達タンパク質に見られるドメインであり、特にプロテインキナーゼC (PKC) のC2ドメインがその代表例です。典型的なC2ドメインは、8本のβストランドで構成されるβサンドイッチ構造をとります。これらのドメインは、多くの場合、カルシウムイオン（Ca2+）や膜のリン脂質への結合能を持ち、細胞内シグナル伝達経路においてタンパク質の局在化や活性調節に関与します。

機能との関連性

βサンドイッチ構造は、その堅牢な構造的特徴により、多様な機能を持つ様々なタンパク質ドメインの基本的な骨格となっています。分子認識、結合、シグナル伝達など、βサンドイッチ構造を持つドメインは幅広い生命現象に関与しており、そのフォールドの多様性が機能的多様性を支えています。例えば、Igフォールドは特異的な分子認識を、ジェリーロールフォールドは糖鎖結合を、C2ドメインは膜結合やシグナル伝達調節を仲介することが知られています。

もう一度検索