新規構造を持つ担子菌由来亜鉛プロテアーゼの結晶構造解析

プロテアーゼは生体の内外でたんぱく質を分解するという、生命に必須な機能を持つ重要なたんぱく質ファミリーである。なかでも、亜鉛プロテアーゼは、至適pHが中性から弱アルカリ性にあるのが特徴で、一次構造の相同性や亜鉛の配位構造などによって分類されている。本研究の担子菌由来の亜鉛プロテアーゼは、舞茸子実体中に豊富に存在し、抽出が比較的容易なため、その応用も検討されているたんぱく質である。また、Aspzincinと呼ばれるファミリーに属しているが、その構造は解析されておらず、亜鉛配位子も確定していなかった。本研究ではこの分子の構造構築原理ならびに基質認識機構を解明する目的で、3次元構造を解明することを目指した。破砕した舞茸子実体からカラムクロマトグラフィーにより試料を抽出し、結晶化を行った結果、4種類の結晶系で結晶を得ることができた。これらの試料を基に、大型放射光施設SPring-8の理研ビームラインIで多波長異常分散法を行うことにより、良好な電子密度図を得ることができ、分子構造を解明することができた。得られた構造には、4本のストランドと1本のヘリックスからなる上部ドメインと4本のヘリックスからなる下部ドメインがあり、それをつなぐ長いヘリックスが存在している。亜鉛配位子は新規なモチーフHEXXH+GTXDXXYGであった。リジン残基のアミノ末端側を切断するこの酵素の基質認識には、亜鉛イオンの傍らに設けられたS1'ポケットが重要な役割を果たしていることを示唆した。このポケットの深さによって、同じ極性を持つアルギニン残基が入っても、亜鉛との位置関係によって反応中間体を安定に保持することができない。また、このポケットのふたの部分にあたる位置にチロシン残基が存在していることがわかった。この残基は長い側鎖のリジンの認識や、反応中間体の安定に寄与するものであることを明らかにした。

プロテアーゼは生体の内外でたんぱく質を分解するという、生命に必須な機能を持つ重要なたんぱく質ファミリーである。なかでも、亜鉛プロテアーゼは、至適pHが中性から弱アルカリ性にあるのが特徴で、一次構造の相同性や亜鉛の配位構造などによって分類されている。本研究の担子菌由来の亜鉛プロテアーゼは、舞茸子実体中に豊富に存在し、抽出が比較的容易なため、その応用も検討されているたんぱく質である。また、Aspzincinと呼ばれるファミリーに属しているが、その構造は解析されておらず、亜鉛配位子も確定していなかった。本研究ではこの分子の構造構築原理ならびに基質認識機構を解明する目的で、3次元構造を解明することを目指した。破砕した舞茸子実体からカラムクロマトグラフィーにより試料を抽出し、結晶化を行った結果、4種類の結晶系で結晶を得ることができた。これらの試料を基に、大型放射光施設SPring-8の理研ビームラインIで多波長異常分散法を行うことにより、良好な電子密度図を得ることができ、分子構造を解明することができた。得られた構造には、4本のストランドと1本のヘリックスからなる上部ドメインと4本のヘリックスからなる下部ドメインがあり、それをつなぐ長いヘリックスが存在している。亜鉛配位子は新規なモチーフHEXXH+GTXDXXYGであった。リジン残基のアミノ末端側を切断するこの酵素の基質認識には、亜鉛イオンの傍らに設けられたS1'ポケットが重要な役割を果たしていることを示唆した。このポケットの深さによって、同じ極性を持つアルギニン残基が入っても、亜鉛との位置関係によって反応中間体を安定に保持することができない。また、このポケットのふたの部分にあたる位置にチロシン残基が存在していることがわかった。この残基は長い側鎖のリジンの認識や、反応中間体の安定に寄与するものであることを明らかにした。