Carbohydrate-binding proteins that bind their carbohydrate ligands with high affinity are rare and therefore of interest because they expand our understanding of carbohydrate specificity and the structural requirements that lead to high-affinity interactions. Here, we use NMR and isothermal titration calorimetry techniques to determine carbohydrate specificity and affinities for a novel cyanobacterial protein, MVL, and show that MVL binds oligomannosides such as Man6GlcNAc2 with sub-micromolar affinities. The amino acid sequence of MVL contains two homologous repeats, each comprising 54 amino acid residues. Using multi-dimensional NMR techniques, we show that MVL contains two novel carbohydrate recognition domains composed of four non-contiguous regions comprising ∼15 amino acid residues each, and that these residues make numerous intermolecular contacts with their carbohydrate ligands. NMR screening of a comprehensive panel of di-, tri-, and high-mannose oligosaccharides establish that high-affinity binding requires at least the presence of a discrete conformation presented by Manβ(1→4)GlcNAc in the context of larger oligomannosides. As shown by sedimentation equilibrium and gel-filtration experiments, MVL is a monodisperse dimer in solution, and NMR data establish that the three-dimensional structure must be symmetric. MVL inhibits HIV-1 Envelope-mediated cell fusion with an IC50 value of ∼30 nM.(湖沼汚染生物であるシアノバクテリアからレクチン(糖鎖を認識し多様な生物活性を示すタンパク質の総称)の存在を発見し、このレクチンタンパク質と遺伝子の構造解析、糖鎖結合特異性などについて報告してきた。我々のチームとほぼ同時にシアノバクテリアのㇾクチンの精密解析をしていた米国国立衛生研究所(NIH)のBewley博士と共同研究を進めることになった。我々がM.viridisから単離したレクチン(MVL)について、糖鎖結合性の立体構造レベルでの精密解析およびヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)の宿主細胞への感染の阻害活性について分子レベルで解析を行なった。その結果、シアノバクテリアレクチン(MVL)は、HIVが宿主細胞に接着し融合する活動を阻害する作用をもつことがわかり、この成果は、抗HIV薬の開発研究につなげる基礎情報を得ることができた。)
pp.901-914
Bewley C. A, M .Yamaguchi, and K. Muramoto
