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Allosteric Conformational Locking of Sestrin2 by Leucine: An Integrated Computational Analysis of Branched-Chain Amino Acid Recognition and Specificity.

ロイシンによるSestrin2のアロステリック構造ロッキング:分岐鎖アミノ酸認識と特異性の統合的計算解析 (機械翻訳の邦題)

Molecules (Basel, Switzerland)2025Zahid MA, Khan A, Sawali MA, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象ヒト

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研究デザイン
その他の原著論文
対象
ヒト
出版年
2025
出典
doi.org
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出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/03
鮮度
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確認段階
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記録状態
公開

日本語要約(機械生成)

Sestrin2 (SESN2) は栄養応答やストレス応答の中心的役割を担うタンパク質で、分岐鎖アミノ酸ロイシンを直接感知しmTORC1経路を調節する。本研究は、分子ドッキング、全原子分子動力学シミュレーション、結合自由エネルギー計算を統合し、SESN2と分岐鎖アミノ酸(ロイシン、イソロイシン、バリン)の認識機構を解析した。その結果、結合親和性はロイシン>イソロイシン>バリンの順であり、ロイシンのイソブチル側鎖の形状相補性とファンデルワールス相互作用が優位に寄与することが示された。さらに、ロイシン結合によりタンパク質の構造多様性が35状態から9状態へと約4倍減少し、構造遷移速度が低下する「構造ロッキング」機構が明らかになった。この機構はシグナル伝達に適した安定構造を選択的に固定化し、SESN2機能の原子から全体にわたる包括的モデルを提供する。本研究は、SESN2の疾患における役割の理解と次世代アロステリック治療薬設計の基盤となる。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

Sestrin2 (SESN2) is a highly conserved stress-inducible protein that serves as a central hub for integrating cellular responses to nutrient availability, oxidative stress, and endoplasmic reticulum (ER) stress. A key function of SESN2 is its role as a direct sensor for the branched-chain amino acid (BCAA) leucine, which modulates the activity of the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1), a master regulator of cell growth and metabolism. While the functional link between leucine and SESN2 is well-established, the precise molecular determinants that confer its high specificity for leucine over other BCAAs, such as isoleucine and valine, remain poorly understood. This study employs an integrated computational approach, spanning atomic interactions to global protein dynamics, combining molecular docking, extensive all-atom molecular dynamics (MD) simulations, and binding free energy calculations, to elucidate the structural and dynamic basis of BCAA-SESN2 recognition. Our thermodynamic analysis reveals a distinct binding affinity hierarchy (Leucine > Isoleucine > Valine), which is primarily driven by superior van der Waals interactions and the shape complementarity of leucine's isobutyl side chain within the protein's hydrophobic pocket. Critically, a quantitative analysis of the conformational ensemble reveals that leucine induces a dramatic collapse of the protein's structural heterogeneity. This "conformational locking" mechanism funnels the flexible, high-entropy unbound protein-which samples 35 distinct conformations-into a sharply restricted ensemble of just 9 stable states. This four-fold reduction in conformational freedom is accompanied by a kinetic trapping effect, which significantly lowers the rate of transitions between states. This process of conformational selection stabilizes a well-defined, signaling-competent structure, providing a comprehensive, atom-to-global-scale model of SESN2's function. In the context of these findings, this work provides a critical framework for understanding SESN2's complex role in disease and offers a clear rationale for the design of next-generation allosteric therapeutics.

MeSH

Allosteric RegulationAmino Acids, Branched-ChainHumansLeucineMolecular Docking SimulationMolecular Dynamics SimulationNuclear ProteinsProtein BindingProtein ConformationSestrinsThermodynamics

DOI 10.3390/molecules30244791

PMID 41471815

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