Observation of strong hydrogen bonds to elucidate the reaction mechamism of neuraminidase using neutron single crystall structure analysis

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06572
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: Yamada Taro 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 産学官連携准教授 (40455910)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 中性子結晶構造解析 / ノイラミニダーゼ

Outline of Final Research Achievements

Structures of two states of neuraminidase from Salmonella Typhimurium were determined by Xray-Neutron single crystal structure analysis to examine the protonation states of important amino acid residues for the enzymatic reaction, which is a clue to understand the enzymatic reaction mechanism. The hydrogen atoms in the enzyme were successfully observed for the malonate-HEPES and the inhibitor DANA complexes. For both states, in the active site, the tyrosine residue thought as most important forms a short but ordinal hydrogen bond with a glutamate carboxyl group nearby. The result shows that the tyrosine hydroxyl group is neutral and does not have strong nucleophilicity in the rested state and the inhibitor complex which mimics the intermediate state.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ネズミチフス菌由来の酵素ノイラミニダーゼのX線・中性子結晶構造に成功した。これは世界で初めてのノイラミニダーゼ類の中性子構造解析例である。２つの状態のノイラミニダーゼの酵素反応で重要とされる活性部位中のアミノ酸残基のプロトン状態および水素結合ネットワークを決定した。ネズミチフス菌由来のノイラミニダーゼの立体構造はインフルエンザ治療薬の重要なターゲットタンパク質であるヒトインフルエンザウイルス由来ノイラミニダーゼと類似しており、その反応形式も共通すると考えられている。本研究で得られた結果は、今後、ノイラミニダーゼ類の反応機構およびその新規阻害剤をデザインするための重要な知見を与えるものである。