新規構造・基質に基づく細菌S2P膜内切断プロテアーゼの切断制御機構の酵素学的理解

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本研究は、大腸菌膜内切断プロテアーゼRsePを研究対象とし、申請者らが新たに明らかにした新規立体構造や新規切断基質群に基づいて生化学的・遺伝学的・酵素学的解析を行うことで、膜内切断の基質認識・切断機構の分子的理解を得るとともに、多様な基質の基質特異性を生み出す普遍的原理を理解することで、膜内切断の特異的制御を介した新規薬剤開発の分子基盤を構築することを目的とする。本年度は研究実施計画に基づいて研究を行い、以下の成果を得た。■RsePの新規X線結晶構造に基づく機能制御機構の解析：大腸菌RsePと阻害剤Batimastatとの複合体構造を基に変異体機能解析や阻害剤感受性アッセイを行い、阻害剤作用機序及び基質結合様式を明らかにした。また、異種の細菌RsePホモログとの立体構造比較に基づいた変異解析や修飾実験によるドメイン構造解析からRsePがゲート様構造を保有することを示し、さらに分子内架橋によりゲートの構造変化を制限すると基質切断能が低下したことから、このゲートの可動性が効率的な基質切断に重要であることを示した。これらの結果から、基質取り込み時にゲート構造が開閉することで、基質の触媒部位への提示及び切断を制御するというRsePの新たな切断制御モデルを提案した。これらの成果を論文にまとめ、学術雑誌Science Advances上で発表した。■新規切断基質群を用いた系統的切断解析：新規基質を含む25種の基質群の切断効率を同一条件で定量化できる解析系を構築し、これらの切断効率を比較した所、基質の膜貫通・膜外配列や長さ等の特徴と切断効率の間には明確な相関が見られないことを示した。さらに基質の系統的な変異解析・スワッピング解析を行い、基質の膜外領域の配列がRsePによる特異的な認識及び効率的な切断に影響を与えることを示唆する結果を得た。