補酵素結合型タンパク質の精密X線解析と生体触媒設計

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13125207
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 広津 建 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10047269)
• 研究分担者: 森本 幸生 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (80200450) ; 宮原 郁子 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 講師 (40271176)
• キーワード: コンポジット触媒 / PLP酵素 / トレオニン合成酵素 / グルタミンアミノ基転移酵素 / CTP合成酵素 / 基質認識 / 結晶構造 / X線結晶解析

研究概要

Thermus thermophilus HB8由来のトレオニン合成酵素、グルタミンアミノ基転移酵素、CTP合成酵素およびそれらの基質アナログとの複合体の立体構造を、X線解析法を用いて決定した。全体構造と活性部位の構造に基づいて、触媒設計原理を考察した。
1.トレオニン合成酵素(ThrS)はL-ホモセリンリン酸のβ,γ-置換反応により、L-トレオニンを生成する。ThrSはPLP酵素が利用するすべての中間体を経由すると考えられている。ThrSの複雑な触媒過程を中間体構造に基づいて詳細に検討し、その立体化学を明らかにすることができた。この中で、基質より遊離した無機リン酸が基質のC・原子へのプロトン付加を触媒するという新しい反応機構を提案した。
2.グルタミンアミノ基転移酵素(GlnAT)は芳香族アミノ酸、キヌレニン、メチオニンおよびグルタミンに対して高い活性を示す。活性部位のポケットはおおむね疎水性であるが、極性部位がいくつか存在する。キヌレニン複合体モデルをタグラフィックスで作成したところ、その側鎖の極性基はポケットの極性部位と相互作用していた。GlnAT複合体の構造は統合失調症やハンチントン病のような脳の治療薬開発に有用であると考えられる。
3.CTP合成酵素(CTPs)は、アンモニアとUTPからCTPを生成する反応を触媒する。CTPsは抵ウイルスあるいは抗がん剤の開発のためのターゲット酵素である。CTPsと硫酸イオンの結合モードに基づいて、ATPとUTPをCTPsに組み込み、ATP-UTP結合モデルを得た。CTPsに結合したグルタミンは新規な五つ組触媒基と予想されるGlu-His-Cys-His-Gluに隣接していた。また立体構造より、ATPとUTPの結合時には、CTPsは大きなコンホメーション変化を起こすことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M.Goto, R.Omi, I.Miyahara, A.Hosono, H.Mizuguchi, et al.: "Crystal structures of glutamine : phenylpyruvate aminotransferase from Thermus thermophilus HB8 : Induced fit and substrate recognition"J.Biol.Chem.. (in press). (2004)
• [文献書誌] A.Hosono, H.Mizuguchi, H.Hayashi, M.Goto, I.Miyahara, et al.: "Glutamine : phenylpyruvate aminotransferase from an extremely thermophilic bacterium, Thermus thermophilus HB8"J.Biochem.. 134(6). 843-851 (2003)
• [文献書誌] A.Satoh, Y.Nakajima, I.Miyahara, K.Hirotsu, et al.: "Structure of the transition state analog of medium-chain acyl-CoA dehydrogenase."J.Biochem.. 134(6). 297-304 (2003)
• [文献書誌] R.Omi, M.Goto, I.Miyahara, H.Mizuguchi, H.Hayashi, et al.: "Crystal structures of threonine synthase from Thermus thermophilus HB8: conformational change, substrate recognition, and mechanism"J.Biol.Chem.. 278(46). 46035-46045 (2003)
• [文献書誌] M.Goto, R.Omi, I.Miyahara, M.Sugahara, K.Hirotsu: "Structures of Argininosuccinate Synthetase in Enzyme-ATP-Substrates and Enzyme-AMP-Product Forms : Stereochemistry of the Catalytic Reaction"J.Biol.Chem.. 278(25). 22964-22971 (2003)
• [文献書誌] A.Satoh, O.Adachi, K.Tanizawa, K.Hirotsu: "The active site structure of quinohemoprotein amine dehydrogenase inhibited by p-nitrophenyl-hydrazine"Biochimica et Biophysica Acta. 1647(1-2). 272-277 (2003)