ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No4

概要

日本結晶学会誌Vol58No4

日本結晶学会誌58，186-192（2016）最近の研究からMn（II）イオンの結合によって誘起される結晶相ADPリボース加水分解酵素反応の観察自然科学研究機構分子科学研究所協奏分子システム研究センター古池美彦大阪市立大学大学院理学研究科宮原郁子大阪市立大学複合先端研究機構神谷信夫Yoshihiko FURUIKE, Ikuko MIYAHARA and Nobuo KAMIYA: Observation of ADP-Ribose Pyrophosphatase Reaction in Crystalline-State Induced by Mn（II）Ion BindingADP-Ribose pyrophosphatase（ADPRase）reaction was observed in crystalline-state at atomicresolutions around 1 A. ADPRase achieves the general acid-base catalysis in the presence of divalentmetal cations. Crystals of ADPRase alone, ADPRase-ADPR binary（ES-state）complex wereprepared, and reaction intermediates were captured by the cryo-trapping after the soaking of MnCl 2into ES-state crystals. Just after two metal binding sites were successively occupied along with thesoaking time, ADPR was hydrolyzed and reaction products were released, indicating the completionof the crystalline-state reaction. The key structures of ADPRase-ADPR-two Mn 2+ ions complexrevealed the various enzymatic phenomena including electrostatic, proximity and orientation effectsand preferential binding for the transition states. The details of the metal assisting mechanism and thegeneral base catalysis have been discussed.1．はじめにタンパク質・酵素が機能するとき，化学的には何が起こっているのだろうか．この問いを究極まで突き詰めるのはきわめて困難な作業である．アミノ酸残基，水分子，基質，補因子の構造や配置，それらのプロトン化状態や電荷の分布が刻一刻と変わっていく．一般に構造生物学というと，化学的要素の配置情報を提供する「空間」の学問分野と思われているかもしれない．しかし機能という言葉の本来の意味を考えれば，「時間」の情報を無視するわけにはいかない．「空間」と「時間」が有機的に統合された「機能」としての酵素の仕組みを明らかにしたい．本稿ではADPリボース加水分解酵素（ADPRase）を題材にし，高分解能で「空間」情報を確保しつつ，クライオトラップ法によって各反応時間を固定することで「時間」情報を抽出した時分割結晶構造解析の研究を紹介する．ADPリボース加水分解酵素（ADPRase）はADPリボース（ADPR）の二リン酸部位を加水分解し，アデノシン一リン酸（AMP）とリボース-5’-リン酸（R5P）を生成する酵素である（図1）．分子量はモノマー当たり19 kDaで，ホモダイマーを形成したうえで機能する．ヌクレオチド誘導体の二リン酸部位を加水分解するNudixファミリーに属し，活性部位にはNudixモチーフ［GX 5EX 7REUXEEXGU（U，疎水性アミノ酸残基；X，任意のアミノ酸残基）］を有する．ADPRaseの反応にはMn 2+，Mg 2+，Zn 2+といった二価の金属イオンが不可欠であり，NudixモチーフのGlu残基がその結合サイトを構成する．ADPRaseの反応機構解明に向けてX線結晶構図1高度好熱菌由来ADPRaseの全体構造とADPR加水分解反応．（Overall structure of ADPRase from Thermusthermophiles HB8, and its ADPR hydrolysis reaction.）（A）黄色のNudixモチーフのすぐそばに基質ADPRと金属イオンの結合部位がある．点線部分はフレキシブルループ．（B）ADPR加水分解時の一般酸塩基触媒．一般塩基（Base）と一般酸（Acid）が協奏的に働く．（C）結晶相ADPR加水分解反応を追跡する実験系のデザイン．編集部注：カラーの図はオンライン版を参照下さい．186日本結晶学会誌第58巻第4号（2016）