Mechanism of construction and cyclization of the heme precursor tetrapyrrole

ヘム生合成経路の途中では、ヒドロキシメチルビランシンターゼ（HMBS）によって4分子のポルホビリノーゲン（PBG）から合成される鎖状テトラピロールが、ウロポルフィリノーゲンIIIシンターゼ（UROS）によってD環ピロールの反転を伴いながら環状化される。本研究では、これらの酵素について立体構造と溶液中での反応の両面から検討を行い、非対称な側鎖配置を持つヘムのポルフィリン環が構築される反応機構の理解を目指している。これまでにヒト由来HMBSについて、ホロ型および、補因子に2分子の基質PBGを連結した反応中間体ES2型で、基質類似体との複合体のX線結晶構造解析に成功し、鎖状テトラピロールの構築過程でPBGがどのように連結されていくのかについて考察してきた。今年度はUROSの詳細な立体構造解析を目指して、まずは結晶の調製に取り組んだ。試料は、大腸菌で大量発現させ、各種のカラムクロマトグラフィーで精製したヒト由来UROSを用いた。基質や反応生成物を含まないUROS単独の結晶化を、シッティングドロップ蒸気拡散法で、大気下、20℃で実施したところ、微結晶やクラスターを得られる有望な結晶化条件がいくつか見つかってきた。一方、UROSと大気下で不安定な反応生成物との共結晶化も嫌気条件下で試行してきたが、これまでのところ適切な結晶化条件は見つかっていない。今後、得られた酵素単独の結晶で、また反応生成物との共結晶を得て、X線結晶構造解析を実施し、テトラピロール環状化の反応機構について考察する予定である。

ヘム生合成経路の途中では、ヒドロキシメチルビランシンターゼ（HMBS）によって4分子のポルホビリノーゲン（PBG）から合成される鎖状テトラピロールが、ウロポルフィリノーゲンIIIシンターゼ（UROS）によってD環ピロールの反転を伴いながら環状化される。本研究では、これらの酵素について立体構造と溶液中での反応の両面から検討を行い、非対称な側鎖配置を持つヘムのポルフィリン環が構築される反応機構の理解を目指している。これまでにヒト由来HMBSについて、ホロ型および、補因子に2分子の基質PBGを連結した反応中間体ES2型で、基質類似体との複合体のX線結晶構造解析に成功し、鎖状テトラピロールの構築過程でPBGがどのように連結されていくのかについて考察してきた。今年度はUROSの詳細な立体構造解析を目指して、まずは結晶の調製に取り組んだ。試料は、大腸菌で大量発現させ、各種のカラムクロマトグラフィーで精製したヒト由来UROSを用いた。基質や反応生成物を含まないUROS単独の結晶化を、シッティングドロップ蒸気拡散法で、大気下、20℃で実施したところ、微結晶やクラスターを得られる有望な結晶化条件がいくつか見つかってきた。一方、UROSと大気下で不安定な反応生成物との共結晶化も嫌気条件下で試行してきたが、これまでのところ適切な結晶化条件は見つかっていない。今後、得られた酵素単独の結晶で、また反応生成物との共結晶を得て、X線結晶構造解析を実施し、テトラピロール環状化の反応機構について考察する予定である。