セレン活性分子種変換のダイナミズム:含セレンタンパク質合成機構の構造生物学的解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480192
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 江崎 信芳 京都大学, 化学研究所, 教授 (50135597)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三原 久明 京都大学, 化学研究所, 助手 (30324693) ; 栗原 達夫 京都大学, 化学研究所, 助手 (70243087) ; 畑 安雄 京都大学, 化学研究所, 助教授 (10127277) ; 田村 隆 岡山大学, 農学部, 助教授 (40253009)
• Keywords: セレノシステイン / セレノシステインリアーゼ / X線結晶構造解析 / プロパルギルグリシン

Research Abstract

セレノシステインに特異的に作用し、元素状セレンとアラニンに分解する反応を触媒するセレノシステインリアーゼの構造と機能を明らかにすることを目的に研究を実施した。マウス肝臓より取得したセレノシステインリアーゼのcDNAを用いて、部位特異的変異法により、システイン残基375番をセリンおよびアラニンに置換した変異型酵素、C375S、C375Aをそれぞれ作製し、その酵素学的諸性質を調べた。その結果、いずれの変異型酵素においても、セレノシステイン分解活性が失われていた。これは、システイン残基375番が、本酵素反応において基質のセレノールを求核攻撃する残基として重要であることを示唆している。また、X線結晶構造解析により、2.8Åの分解能で、大腸菌のセレノシステインリアーゼとプロパルギルグリシン複合体の立体構造を決定した。本複合体において、プロパルギルグリシンはピリドキサール5'-リン酸とシッフ塩基を形成しており、本酵素の酵素外シッフ塩基中間体の特徴を初めて明らにした。大腸菌セレノシステインリアーゼのシステイン残基364番は、L-システインに対する反応に必須であるが、L-セレノシステインに対する反応には必須ではない。複合体の構造において、システイン残基364番は、アミノ酸残基362番-375番から成る突出構造上に明瞭に観察できた。しかし、Thermotoga maritimaのシステインデスルフラーゼにおいては、対応する突出構造が乱れているため構造が決定されていない。後者は、L-システインに対して高い活性を有する酵素グループに属する。従って大腸菌セレノシステインリアーゼの突出構造のフレキシビリティーは制限されているため、本酵素はセレンと硫黄を織別することができるのではないかと考えられた。

Research Products

• [Publications] Hisaaki Mihara et al.: "Structure of External Aldimine of Escherichia coli CsdB, an IscS/NifS Homolog: Implications for Its Specificity Toward Selenocysteine"Journal of Biochemistry. (印刷中). (2002)
• [Publications] Shin-ichiro Kato et al.: "Cys328 of IscS and Cys63 of IscU Are the Sites of Disulfide Bridge Formation in a Covalently-bound IscS/IscU Complex"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (印刷中). (2002)
• [Publications] Masami Kashiwa et al.: "Removal of soluble selenium by a selenate-reducing bacterium Bacillus sp. SF-1"Biofactors. 14・1-4. 261-265 (2001)
• [Publications] Hisaaki Mihara et al.: "Role of cysteine desulfurase in the biosynthesis of formate dehydrogenase H containing Mo, molybdopterin, selenocysteine, and Fe_4S_4 cluster"Biomed. Res. Trace Elements. 12・4. 261-262 (2001)