発光細菌の発光反応関連酵素群のX線結晶構造解析

発光細菌の発光系は発光反応を触媒するモノオキシゲナーゼであるルシフェラーゼと、そのルシフェラーゼに発光基質の還元型FMNと飽和長鎖脂肪族アルデヒドを供給する共役系酵素(FMN還元酵素FRaseI及び脂肪酸還元酵素)により構成される。Photobacterium(Vibrio)harveyiのルシフェラーゼとFMN還元酵素間の直接相互作用の証拠が見出されており、共役系を含めた複合体による効率の良い発光反応系は大変興味深い。Photorhabdus luminescensのルシフェラーゼがFMN還元酵素と比較的安定な複合体を形成することから、そのルシフェラーゼの大量発現、精製、結晶化を行った。現在、球晶が得られており、解析可能な単結晶を得るために条件検討を行っている。また、FMN還元酵素のFRaseIとアミノ酸配列上相同性が高いものの機能が明確に異なる酵素として大腸菌のニトロ還元酵素NfsBがある。大腸菌はニトロ還元酵素としてNfsBに加えてNfsAも有する。本研究では、酵素群の構造機能相関を原子レベルで詳細に解明するために、これらの酵素群のX線結晶構造解析を酵素反応速度解析とともに行なった。われわれは既に、FRaseI、NfsAおよびNfsB-NAD^+複合体の結晶構造解析をそれぞれ分解能1.8Å、1.7Åおよび2.0Åで行っている。さらに、Phe124をSer残基に置換したNfsBの変異体がフラビン還元酵素のような基質特異性を示すことから、NfsBのF124S変異体の結晶構造解析も行った。

発光細菌の発光系は発光反応を触媒するモノオキシゲナーゼであるルシフェラーゼと、そのルシフェラーゼに発光基質の還元型FMNと飽和長鎖脂肪族アルデヒドを供給する共役系酵素(FMN還元酵素FRaseI及び脂肪酸還元酵素)により構成される。Photobacterium(Vibrio)harveyiのルシフェラーゼとFMN還元酵素間の直接相互作用の証拠が見出されており、共役系を含めた複合体による効率の良い発光反応系は大変興味深い。Photorhabdus luminescensのルシフェラーゼがFMN還元酵素と比較的安定な複合体を形成することから、そのルシフェラーゼの大量発現、精製、結晶化を行った。現在、球晶が得られており、解析可能な単結晶を得るために条件検討を行っている。また、FMN還元酵素のFRaseIとアミノ酸配列上相同性が高いものの機能が明確に異なる酵素として大腸菌のニトロ還元酵素NfsBがある。大腸菌はニトロ還元酵素としてNfsBに加えてNfsAも有する。本研究では、酵素群の構造機能相関を原子レベルで詳細に解明するために、これらの酵素群のX線結晶構造解析を酵素反応速度解析とともに行なった。われわれは既に、FRaseI、NfsAおよびNfsB-NAD^+複合体の結晶構造解析をそれぞれ分解能1.8Å、1.7Åおよび2.0Åで行っている。さらに、Phe124をSer残基に置換したNfsBの変異体がフラビン還元酵素のような基質特異性を示すことから、NfsBのF124S変異体の結晶構造解析も行った。