極低温時間分割X線結晶構造解析による銅アミン酸化酵素の自己触媒活性化機構の研究

Arthrobacter globiformis由来のモノアミン酸化酵素は、生合成時にまず前駆体不活性型として合成され、活性部位に存在するTyr残基が、銅イオンと酸素の存在下で翻訳後修飾を受けトパキノンに変換され活性型に変化する。平成9年度の本酵素の前駆体不活性型(apo型)と活性化型(holo型)の構造決定により、活性化過程における構造変化は活性部位近傍のHis残基とトパキノンに変換されるTyr残基のみにおこることを明らかにした。さらに、それらの構造を踏まえて活性化機構を推定した。平成10年度は、この提唱した活性化機構中で、最初に銅イオンがとると予測した正四面体配位構造を確認するために、トパキノン生成が起こらないことが明らかであるニッケル及びコバルトイオンを銅イオンの代わりにapo型に結合させた結晶を作製し、高エネルギー加速器研究機構のシンクロトロン放射光を用いて回折強度データを収集し、それらの構造を決定した。その結果、配位子となるべき3つのヒスチジン残基とチロシン残基の水酸基は、コバルト及びニッケルイオンの回りに正四面体に近い配置を持っていることが明らかになり、銅イオンがapo型に配位するとき最初に正四面体構造をとることを強く示唆した。この事より、酸素分子の活性化は、銅イオンの四面体配位に近い中間体構造による、酸化還元電位の上昇にあると結論づけた。また、反応中間体を低温トラップし、時間分割解析するための条件検索を行い、30%グリセロール存在下で液体窒素温度での回折強度収集ができることを明らかにした。今後の研究の基礎データとして、110Kにおいて、apo型、holo型のデータ収集を行い構造を精密化した。

Arthrobacter globiformis由来のモノアミン酸化酵素は、生合成時にまず前駆体不活性型として合成され、活性部位に存在するTyr残基が、銅イオンと酸素の存在下で翻訳後修飾を受けトパキノンに変換され活性型に変化する。平成9年度の本酵素の前駆体不活性型(apo型)と活性化型(holo型)の構造決定により、活性化過程における構造変化は活性部位近傍のHis残基とトパキノンに変換されるTyr残基のみにおこることを明らかにした。さらに、それらの構造を踏まえて活性化機構を推定した。平成10年度は、この提唱した活性化機構中で、最初に銅イオンがとると予測した正四面体配位構造を確認するために、トパキノン生成が起こらないことが明らかであるニッケル及びコバルトイオンを銅イオンの代わりにapo型に結合させた結晶を作製し、高エネルギー加速器研究機構のシンクロトロン放射光を用いて回折強度データを収集し、それらの構造を決定した。その結果、配位子となるべき3つのヒスチジン残基とチロシン残基の水酸基は、コバルト及びニッケルイオンの回りに正四面体に近い配置を持っていることが明らかになり、銅イオンがapo型に配位するとき最初に正四面体構造をとることを強く示唆した。この事より、酸素分子の活性化は、銅イオンの四面体配位に近い中間体構造による、酸化還元電位の上昇にあると結論づけた。また、反応中間体を低温トラップし、時間分割解析するための条件検索を行い、30%グリセロール存在下で液体窒素温度での回折強度収集ができることを明らかにした。今後の研究の基礎データとして、110Kにおいて、apo型、holo型のデータ収集を行い構造を精密化した。