ロイシンリッチリピート

タンパク質の構造において、ある特定の特徴を持つアミノ酸配列が繰り返し現れることで形成される機能単位を構造モチーフと呼びます。ロイシンリッチリピート（Leucine-rich repeat、略称LRR）は、このようなタンパク質の重要な構造モチーフの一つです。このモチーフは、約20から30個のアミノ酸残基からなる比較的短い配列が複数回繰り返されることによって構築されます。その名が示す通り、この繰り返し配列には疎水性アミノ酸であるロイシンが多く含まれているのが特徴です。

LRRモチーフの最も顕著な特徴は、その三次元構造です。複数の繰り返し単位が集まることで、全体として独特の馬蹄形を形成します。この馬蹄形は、内側を構成するβシートと、外側を構成するαヘリックスから成り立っています。それぞれの繰り返し単位は、多くの場合、短いβシート、それに続くターン構造、そして短いαヘリックスという基本的な構造要素の組み合わせから構成されています。これらの繰り返し単位が積み重なるように並び、馬蹄形の構造を作り上げます。

この馬蹄形構造において、βシートの内側の面とαヘリックスの外側の面は、周囲の水溶液（溶媒）に露出しています。そのため、これらの表面には親水性のアミノ酸残基が多く配置される傾向があり、タンパク質が水中で安定して存在できるようになっています。一方で、βシートとαヘリックスが接合する領域は、構造の内部に位置し、疎水性のアミノ酸残基、特に繰り返し配列に豊富に含まれるロイシン残基が立体的に密に詰まった疎水性のコアを形成しています。この疎水性コアが、LRR構造全体の安定化に重要な役割を果たしています。

LRRモチーフは、特定の機能に特化しているわけではなく、非常に多様な種類のタンパク質に見られる普遍的な構造単位です。これらのタンパク質は、互いに機能的な関連を持たない場合が多いですが、LRR構造を利用して様々な分子との相互作用を行うことが知られています。代表的な例としては、リボヌクレアーゼの働きを阻害するリボヌクレアーゼインヒビターが挙げられます。このタンパク質は、その表面にあるLRR構造を利用してリボヌクレアーゼと結合します。他にも、筋肉の構造に関わるトロポミオシンやトロポモジュリンといったタンパク質も、LRRモチーフを含むことが知られています。これらの例は、LRRが細胞内の様々なプロセスに関わるタンパク質に含まれていることを示しています。

LRR構造の繰り返し単位の構成は、いくつかのバリエーションが存在します。最も典型的なLRR構造では、繰り返し単位に含まれるαヘリックスとβシートの数の比率がほぼ1対1となっています。しかし、全てのLRR構造がこのパターンに従うわけではありません。中には、βシート構造の間に通常のαヘリックスではなく、比較的長いループ構造が挟まっているような変異したLRR構造も存在します。このような構造的な多様性は、LRRモチーフを含むタンパク質が担う機能や相互作用の幅広さにも寄与していると考えられます。LRRは、その堅牢な構造と多様な分子認識能力によって、多くのタンパク質機能にとって不可欠な要素となっています。

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