Structural analysis of IMP-type metallo-beta-lactamase in complex with its substrate

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令和4年度については、令和3年度において行ったIMP-6とIMP-1の基質特異性を決定している要因を探るために行ったX線結晶構造解析の結果を基にして、さらに詳細な解析を行った。前年度のX線結晶構造解析の結果、IMP-6とIMP-1の基質特異性を決定している要因は、基質結合に関与する、フレキシブルループ(L1)と呼ばれる部分の構造の柔軟性の違いであることを明らかにした。そこで、すでに構造が明らかになっているIMP型β－ラクタマーゼ（IMP-2, IMP-13, IMP-18）に対し、L1部分の柔軟性の指標となる温度因子と、メロペネム、イミペネムに対する基質特異性の指標となる酵素学的性質（Km）とを比較した。すると、L1部分の温度因子の平均値とそれ以外の部分の温度因子の平均値の比が大きい、すなわちL1の柔軟性がより高い酵素ほど、メロペネムに対するKmが低く、特異性が高い傾向があることが明らかになったまた、IMP-6にメロペネム、イミペネムを結合させた状態の構造を分子動力学的シミュレーションにより決定し、L1部分と２つの基質との相互作用の違いを解析した。その結果、イミペネムに比べてメロペネムの方が基質のR2側鎖が大きく、L1の動きが大きくないと基質が結合、脱離できないことを推測した。さらに、L1が動く際のヒンジとなるPro68をGlyに置換した変異型酵素を作成し、68位のアミノ酸がより動きやすいことが、L1のフレキシビリティーを拡大することを酵素学的に証明した。以上の結果をまとめ、Structural insights into the substrate specificity of IMP-6 and IMP-1 metallo-β-lactamases. J. Biochem. 2023;173(1):21-30に報告した。