ヒストン修飾酵素によるヒストン認識機構の構造的基盤

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PADは、Ca^<2+>依存的にアルギニン残基を脱イミノ化(シトルリン化)して、シトルリン残基を産出する反応を触媒するタンパク質修飾酵素である。ヒトPADタイプ4(PAD4)は、663アミノ酸残基からなり核内に優先的に局在する。PAD4はヒストン修飾による遺伝子発現の制御、慢性関節リウマチの発症と関与していることが示唆されている。PAD4はin vivo、in vitroでヒストンH3の2,8,17,26番目とH4の3番目のアルギニンをシトルリン化する。これまでに、ヒストンH3のアルギニン17(H3/R17)とH4のアルギニン3(H4/R3)はの部位がメチル化を受けると、エストロゲンレセプターを介した転写が活性化される。一方、PAD4によってH3/R17とH4/R3がシトルリン化されると、前述したメチル化とは逆に、エストロゲン応答遺伝子の転写が抑制されることが明らかになっている。我々はPAD4-ヒストンN末端ペプチド複合体の構造決定に成功した複合体においてもN-2からN+2の5残基のアミノ酸の電子密度が明瞭に確認された。PAD4は各々のペプチドN-2からN+1の主鎖と水素結合を形成しており、ペプチドの側鎖との相互作用はターゲットとなるアルギニンとN-2の位置の側鎖でのみ生じていた。さらに、認識されているヒストンペプチドの構造を比較すると、ペプチド鎖は折れ曲がったβターン様の構造をとっていて、その構造は互いに非常によく一致していた。このようなβターン様の構造形成にはArg374とヒストンペプチドとの間の多数の水素結合が大きく寄与していた。このβターン様の構造形成によってペプチドのN-1の主鎖のカルボニル酸素とN+2の主鎖の窒素原子とが同一ペプチド内で相互作用できるようになるので、PAD4と直接相互作用していないN+2のアミノ酸残基が安定化され、その電子密度を確認することができた。