ブックタイトル日本結晶学会誌Vol62No2

概要

日本結晶学会誌Vol62No2

渡部聡，三木邦夫図2HypEおよびHypFの結晶構造解析．（Crystal structure of HypE and HypF.）（A）T. kodakarensis由来HypEの結晶構造，9,13）（B）カルバモイル化システイン周辺の相互作用，13）（C）C. subterraneus由来HypFの結晶構造，12）（D）C.subterraneus由来HypE-HypFの複合体の結晶構造．12）［NiFe］ヒドロゲナーゼに［NiFe］クラスターを組み込む成熟化にかかわる遺伝子群として，6種類のHypタンパク質（Hydrogenase pleiotropicタンパク質）（HypABCDEF）が，ドイツのA. Bock博士らのグループによって，その必須因子として同定された（図1B）．6,7）成熟化では，まず4つの因子（HypCDEF）によって，Fe（CN）2CO基が生合成され，ヒドロゲナーゼの大サブユニットに組み込まれる（図1B，1～5）．次に残りの2因子（HypAB）によって，Ni 2+イオンが組み込まれる（図1B，6）．最後に特異的なエンドペプチダーゼによってC末端領域が切断された後に（図1B，7），大サブユニットは小サブユニットと会合し成熟化は完了する（図1B，8）．2.2 HypEとHypFによるCN基の生合成Feに配位されるCN基は，カルバモイルリン酸（NH 2CO-2OPO－3）を前駆体として利用し，HypEとHypFの働きで合成される．8）カルバモイル転移酵素ドメインをもつHypFによって，カルバモイルリン酸のカルバモイル基（-CONH 2）がHypEの保存されたC末端システインに転位される（図1B，1）．次にHypEのATP依存的脱水反応によって，カルバモイル基はチオシアネート（-S-CN）としてCN基に変換される（図1B，1）．HypEの結晶構造は，筆者らが解析した高い水素発生能を有する超好熱性アーキアThermococcus kodakarensis（T. kodakarensis）由来HypEのほか，9）Desulfovibriovulgaris，10）大腸菌，11）およびCaldanaerobacter subterraneus12由来）の結晶構造が報告されている．HypEの全体構造は，2つのα/βドメイン（ドメインA，B）とC末テール領域で構成されており，ドメインAのβシート部位が互いに向き合うようにして二量体を形成している（図2A）．全体構造はプリンリボヌクレオチドの生合成にかかわるPurMスーパーファミリーと類似の構造である．HypEのC末テールは，HypEのATP結合状態と連動して外側と内側のコンフォメーションをとる．ATP非結合状態では，C末テール領域は外側に延長したコンフォメーションをとるが，いったんATPが結合すると，C末テールは分子内部に入り込むコンフォメーションをとる．つまりHypEは，外側のコンフォメーションにおいてカルバモイル基を受け取った後，C末テールを分子内側に構造変化させ，ATP依存的なカルバモイル基の脱水反応を触媒する．実際に，筆者らはカルバモイル化HypEとシアノ化HypEの高分解能結晶構造を決定し，保存されたリジン残基とグルタミン酸を介した2段階の脱水反応機構を明らかにした（図2B）．13）HypFは，Hypタンパク質の中で最大のタンパク質であり，全体構造はアシルフォスファターゼ様（ACP）ドメイン，Znフィンガードメイン，YrdC様ドメイン，カルバモイル転移酵素様ドメイン（Kae1ドメイン）で構成されており，これまでにC. subterraneus，12）E. coli 14）および15T. kodakarensis由来）のHypFの結晶構造が報告されている（図2C）．HypFの4つのドメインのうちACPドメインは，その相対配置が報告された構造間で大きく異なっており，ACPドメインの柔軟性が示唆される．またACPドメインとYrdC様ドメインのATP結合部位は，分子内部のトンネルでつながっており，ドメイン間でのカルバ92日本結晶学会誌第62巻第2号（2020）