銅アミン酸化酵素における共有結合型新規キノン補酵素の生成機構と触媒的役割

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2価銅イオンを補欠金属として含有するアミン酸化酵素は、種々の生理活性アミン類を酸化して、対応するアルデヒド、過酸化水素、アンモニアを生成する反応を触媒し、動植物、微生物に広く分布する。本酵素はまた、カルボニル性結合補酵素をもつことが古くから知られているが、1990年になり、ウシ血清アミン酸化酵素の結合補酵素が、2,4,5-トリヒドロキシフェニルアラニル(TOPA)キノンと構造決定された。この新規なTOPAキノン補酵素は、各種生物由来の銅アルミ酸化酵素においても相次いで指定され、いずれも酵素のポリペプチド鎖中にアミノ酸残基として共有結合していることが明らかにされた。一方、クローニングされたモノアミン酸化酵素 遺伝子中では、TOPAキノンはチロシン残基としてコードされていることから、タンパク質の翻訳後修飾によりこのチロシン残基がTOPAキノンに変換されると考えられるが、そのような変換機構に関しては全く未解明であった。本研究では、アミン酸化酵素におけるTOPAキノン補酵素の生成機構の解明を目的としており、細菌Arthrobacter globiformisのフェニルエチルアミン酸化酵素およびヒスタミン酸化酵素遺伝子をクローニングしてそれらの全塩基配列を決定するとともに、大腸菌内での高発現系を構築して両酵素を大量に調製する方法を確立した。さらに、2価銅イオンの存在下で前駆体チロシン残基が自動酸化されてTOPAキノン補酵素が生成することを明らかにした。このように金属イオンの存在下で特定のアミノ酸残基の自動酸化によって酵素活性に必須な補酵素が生成する機構は、タンパク質の翻訳後修飾機構として全く新しいタイプのものである。