蛋白質のX線結晶構造解析

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モノアミン酸化酵素(MAO)はアミノ酸残基数が520から527まででミトコンドリアの外膜に結合している膜蛋白質であり、補欠分子としてFADを1分子持っている。MAOはモノアミンをアルデヒドにまで酸化し、アンモニアと過酸化水素を遊離する。MAOは神経伝達物質のモノアミンを酸化して神経伝達を抑制する。これがパーキンソン病やうつ病の原因になる。MAOには類似の2種類の酵素が有り、MAOAは基質セロトニンに働くのに対して、MAOBは分子量のより小さい基質フェニルエチルアミンに特異的に働く。MAOBはその阻害剤結合型のX線結晶構造解析が報告されている。この酵素では、活性中心は補酵素FADの近傍で、ポリアミン酸化酵素と同様なFADに対する配置をしていた。活性中心は分子内部で閉じた空洞を形成していて、その壁面の大部分は芳香族アミノ酸によって占められている。MAOAとMAOBとの共通の基質であるパラ置換ベンジルアミンに対する活性では、MAOAでは置換基の電子吸引性の影響が生じるのに対して、MAOBではその影響があらわれないという違いがある。また、MAOはC末端側に膜に埋もれたαヘリックスを持っていることは、MAO-Bの結晶構造解析から明らかになっている。しかし、その長さは膜を貫通するには不十分であり、このC末端領域が膜を貫通しているかどうか不明である。この酵素によるアミン酸化反応の原子機構を明らかにする為に、MAO-AのX線結晶構造解析を行った。酵母の発現系でラットのMAOAを大量発現し、80gの菌体から20mgのMAO-Aを精製することができた。界面活性剤DIMETHYLDECYLPHOSPHINE OXIDEを用いて結晶化が成功し、SPring-8で3.0Å分解能のDataを収集ができた。分子置換法によるMAOAの構造解析した。MAOAとMAOBを較べた結果、MAOA3351とMAOB326Yが基質の特異性に重要な役割をしていることが分かった。ほかにMAOA208Fも特異な阻害剤のDesignに利用できると思われる。さらに、C末端はαヘリックスで膜貫通構造も分かった。この離れた一本αヘリックスで膜貫通構造は初めてだった。現在、MAOAの構造と機能関係について研究を行っている。