亜鉛プロテアーゼの基質分解機構と反応中での亜鉛の役割に関する構造研究

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セラチアプロテアーゼと緑膿菌アルカリプロテアーゼは、活性部近傍のMet‐ターンで特徴付けられるメトジンシン・スーパーファミリーを構成するセラライシン族の亜鉛プロテアーゼである。両酵素は、亜鉛結合モチーフ中の三つのHis,水分子およびMet‐ターン中のTyrが配位した特異な五配位構造をとる活性亜鉛を有し、保存配列Y190‐N‐A‐G‐E‐G‐D196、九残基モチーフ配列GGXGXDXUX(U:かさ高い残基でLが多い)の反復および多くのカルシウムイオンを含む特徴持っている。申請者は、両酵素のX線結晶解析を行い、約470アミノ酸残基からなる両酵素の立体構造が良く似ていることを明らかにした。両酵素は、N末端側の亜鉛を含む活性ドメインとN末端αヘリックスを伴ったC末端側の構造ドメインからなる。N末端ドメインは、活性亜鉛を取り囲む様に五本鎖逆平行βシートと三本のαヘリックスが存在するトポロジー的にメトジンシン酵素に共通する構造をとる。一方、C末端ドメインは、九残基モチーフ配列中の前六残基ループと後三残基β鎖が交互に反復して右巻ヘリックス状に並んで出来る二枚の平行βシートが逆平行に重なったβヘリックス構造をとっている。カルシウムイオンは、ループに結合して分子内部に保持されている。更に緑膿菌アルカリプロテアーゼとペプチド基質の複合体の結晶解析の結果、基質結合時の構造変化が観察された。基質は、活性ドメインの五本鎖βシートの四番目β鎖と水素結合で逆平行に結合して主鎖カルボニルを亜鉛に配位させる。この配位によって亜鉛から離れたTyr216が、活性部入口を塞ぐように移動した保存ループ(Y190‐D196)中のAsn191と水素結合して安定化する。このことから、活性亜鉛は、基質が分解されるまでのあいだ基質を安定化させる働きをしていることが分かった。