キノプロテイン-アミン脱水素酵素の構造と機能

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アミン類の酸化は生命活動を維持する上において重要な反応の一つであり、これらの反応を触媒する数多くの酸化還元酵素に関する研究は、生命科学の観点からも非常に意義深い。申請者は、Pseudomonas putida由来キノヘモプロテインアミン脱水素酵素(QH-AmDH)と、Nocardioides simplex由来ヒスタミン脱水素酵素(HmDH)を研究対象として取り上げ、両アミン脱水素酵素の立体構造に基づく機能発現の仕組みについて追求してきた。QH-AmDHには、活性を示さない不活性型QH-AmDH(sQH-AmDH)が存在することをこれまでに報告してきた。近年、本酵素の結晶化ならびに1.8Å分解能での回折データ収集に成功した。活性型QH-AmDHの活性中心は、C6位、C7位が酸化されたTrp残基のC4位にCys残基がチオエーテル結合したシステイントリプトフィルキノン(CTQ)である。しかしながら、sQH-AmDHにおいては、Trp残基とCys残基の間にチオエーテル結合が形成されておちず、また反応部位であるTrp残基のC6位カルボニルが修飾を受けており、これが活性を示さない原因であることを、構造解析の結果明らかにした。一方、鉄硫黄フテボプロテインであるHmDHに関しては、酵素反応遠度解析の結果、本酵素が基質阻害を示すことが解った。この基質阻害と構造を関連付けるべく、酵素-基質ヒスタミシ複合体の構造解析を試みた。HmDH結晶にソーキングする基質濃度、反応時間等を変化させ、擬似的な時間分割実験を行った。その結果、基質ヒスタミンが二通りの方法で活性部位に配位した構造を1.6Å分解能で決定した。基質阻害を結晶構造解析の立場から示した例は非常に稀で、本研究においての報告は酵素反応と構造の関係を実証する良い例であると言える。