トリプトファンプレニル基転移酵素のペプチド基質認識と反応機構の構造学的解明

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ペプチド創薬においてペプチドの膜透過性やプロテアーゼ耐性をいかに付与するかが課題となっている。プレニル基転移酵素によるペプチドのプレニル化はその解決法の一つに挙げられる。しかし、酵素の基質認識機構や反応機構の理解が十分進んでいないため、リード化合物検索に用いるプレニル化ペプチドライブラリーの構築に対する妨げになっている。微生物由来の酵素KgpFや酵素X（未発表のため仮名とする）はペプチド中のトリプトファンを基質とし、膜透過性向上が期待されるプレニル化ピロロインドリンを生成する。興味深いことに、これらの酵素は互いに異なる基質選択性をもち、立体化学的に異なる生成物を作り分ける。本研究では、分子構造解析により両酵素の基質特異性、反応機構を解明する。これらの知見は効率的なライブラリーのデザインを可能にし、また酵素の合理的改変を通じて多様性に富んだ次世代ライブラリーを構築するための基盤を与える。本研究では、トリプトファンプレニル基転移酵素であるKgpF (および酵素Ｘ)による基質認識の構造基盤を明らかにすることを目的として、酵素-プレニル基供与体アナログ（ジメチルアリルチオ二リン酸、DMASPP）-基質ペプチド複合体のX線結晶構造解析を推進した。これまでに酵素Xにおいては、5残基からなる活性上最適な基質ペプチドを用いて、酵素X-DMASPP-基質ペプチド複合体の結晶化に成功し、X線結晶構造解析を1.5Å分解能で行った。その結果、基質ペプチドのトリプトファンインドール環のNH基は酵素活性部位内の触媒に必須なグルタミン酸残基と水素結合を形成し認識されていた。また、このインドール環は、類縁酵素間で保存性が低い複数の残基とのファンデルワールス接触により特異的に認識されることが明らかになった。