2022 Fiscal Year Annual Research Report
シクロプロパン環含有アミノ酸を構築する非ヘム鉄酵素の触媒機構解明
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21K14744
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
牛丸 理一郎 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (10873648)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シクロプロパン / 非ヘム鉄酵素 / 立体化学解析 / 酵素反応機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放線菌由来ペプチド天然物であるホルマオマイシンとベラクトシン A は構造的にユニークな非タンパク質性アミノ酸 (1'R,2'R)-3-ニトロシクロプロピルアラニン (Ncpa) と (1'S,2'R)-3-アミノシクロプロピルアラニン (Acpa) をそれぞれ構成要素とする。HrmIはリシンの多段階酸化反応を触媒し、6-ニトロノルロイシン (6-NO2-Nle) を与えベラクトシンA生合成経路における相同性酵素であるBelKも同様の酵素活性を示す。また、HrmJ は αKG の存在下、6-NO2-Nle から(1'R,2'R)-Ncpa への脱水素型シクロプロパン化反応を触媒する一方、BelL はHrmJ の生成物とは逆の立体化学を持つ(1'S,2'S)-Ncpa を与える。6-NO2-Nle の重水素化アナログを用いて、HrmJ と BelL が触媒するシクロプロパン化反応の立体化学解析を行なったところ、HrmJ と BelL は共に 6-NO2-Nle の 4 位 proS 水素を選択的に引き抜くことが明らかとなった。すなわち HrmJ の反応は4位 炭素において立体保持で進行するのに対し、BelL の反応は4位炭素において立体反転で進行する。部位特異的変異導入実験の結果、HrmJ と BelL の活性部位アミノ酸残基を互いに置換した場合に、生成物の立体選択性が逆転または低下した。このことから酵素によって基質あるいは反応中間体の配座が厳密に制御されていることが示唆された。HrmIとHrmJのX線結晶構造解析を行い、基質の結合様式、立体選択性、触媒メカニズムに関する知見を得た。
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