ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No2-3

概要

日本結晶学会誌Vol59No2-3

日本結晶学会誌59，102-107（2017）最近の研究から光活性化アデニル酸シクラーゼ合成酵素OaPACの活性化機構解明横浜市立大学大学院生命医科学研究科構造創薬科学研究室大木規央，朴三用Mio OHKI and Sam-Yong PARK: Structural and Functional Insights into aPhotoactivated Adenylyl CyclaseCyclic-AMP is one of the most important second messengers，regulating many crucial cellularevents in both prokaryotes and eukaryotes. Precise spatial and temporal control of cAMP levels bylight shows great promise as a simple means of manipulating and studying numerous cell pathwaysand processes. The photoactivated adenylate cyclase（PAC）from the photosynthetic cyanobacteriumOscillatoria acuminata is a small homodimer eminently suitable for this task，requiring only asimple flavin as chromophore. Here we describe its structure using X-ray crystallography and crystalmicrospectrophotometry. Site-directed mutants show signal transduction over 30 Angstroms acrossthe protein with minimal conformational rearrangement. The use of the protein in living human cellsis demonstrated with cAMP-dependent luciferase，showing a rapid and stable response to light overmany hours and activation cycles.1．はじめにフラビンを発色団としてもつ新規の青色光受容体タンパク質が，紅色光合成細菌より発見された．この光受容体のフラビン結合ドメインは，原核および真核微生物に幅広く保存されていることがわかり，それらは光応答に関与する光受容体と考えられている．原生動物であるミドリムシ（Euglena gracilis）にも光逃避反応の光センサー分子が発見され，その分子は光活性化アデニル酸シクラーゼ（PAC；Photoactivated Adenylyl Cyclase）であることが見出された.1）PAC分子は動物・植物で普遍的な情報伝達物質（cAMP）の生産を光で制御できる生体タンパク質であり，生体内での光スイッチとして医学的な応用が期待される分子である．また，哺乳類の脳分化において，青色光照射による制御（オプトジェネティクス，Optogenetics）など，生体内での光スイッチとして医学的な応用が期待される分子である．光活性化アデニル酸シクラーゼは最初にミドリムシの光忌避センサーとして発見され,2）以後，シアノバクテリア（Oscillatoria acuminata）由来のPAC（OaPAC）など，複数の微生物からも相同遺伝子が見出されていたが,3）-5）いずれも原子レベルでの構造・機能解明までには至っていない．OaPACはミドリムシのPACより小さい分子からなり，同様の分子機能をもっている（図1）．OaPACは366アミノ酸残基からな図1PACドメインの配列とアミノ酸の相同性.（Sequence homolog in the PAC family.）ミドリムシ（Euglena gracilis）とOaPACのドメイン構造を示す．ミドリムシのPACαとβ-サブユニットでは，それぞれ2つのBLUFドメイン（F）とACドメイン（A）をもち，OaPACの各アミノ酸の相同性を示す．102日本結晶学会誌第59巻第2・3号（2017）