サブユニットの構築

Scientific Reports volume 6、記事番号: 19183 (2016) この記事を引用

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4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

メタロシャペロンは、適切な金属を標的タンパク質に送達するように設計された金属結合タンパク質です。 金属は通常、異なるタンパク質間を移動します。 この研究では、変異型ニトリルヒドラターゼ (NHase) の同じサブユニット間で金属が移動することを発見しました。 さまざまな「活性化タンパク質」が、NHase への金属イオンの輸送を仲介します。 我々は、シュードモナス・プチダ由来のNHaseのβ-およびα-サブユニットおよび/または「活性化タンパク質」を融合することにより、融合NHaseを構築しました。 融合 NHase は、より高い熱安定性と高濃度の生成物アミドに対する耐性を示しました。 コバルト取り込みのメカニズムは、インビボでは自己サブユニット交換パターンからアポタンパク質特異的分子シャペロンパターン、インビトロではメタロシャペロンパターンに変化した。 注目すべきことに、コバルトの移動はメタロシャペロンパターンの同じαサブユニット間で起こった。 これらの結果は、融合型NHaseの優位性を実証しただけでなく、金属タンパク質生合成における革新的な金属イオン移動パターンも明らかにした。

金属タンパク質は数十年にわたって集中的に特性評価されており、全タンパク質の 3 分の 1 以上が金属タンパク質です1。 タンパク質内で金属イオンが媒介する役割には、電子伝達、酸素輸送、遺伝子調節、構造安定化などがあります2。 金属中心生合成のいくつかの一般的なメカニズムがレビューで報告されています 3。 そのうちの 1 つは、金属イオンまたは金属含有分子のメタロシャペロン送達です。 メタロシャペロンは、適切な金属イオンまたは金属含有分子を標的タンパク質に送達するように設計された金属結合タンパク質です。 標的タンパク質とメタロシャペロンは通常異なるタンパク質であり、標的タンパク質はリガンド特異性を示し、金属イオンに対してより高い親和性を示します。

ニトリルヒドラターゼ (NHase、EC 4.2.1.84)4 は、広範囲のニトリルから対応するアミドへの水和を触媒する酵素です。 この酵素は α サブユニットと β サブユニットで構成され、非ヘム鉄 (Fe-NHase)6 または非コリン コバルト (Co-NHase)7,8 のいずれかを含んでいます。 NHase への金属イオンの輸送は、対応する「活性化タンパク質」によって媒介されます9。 Fe-NHase のアクチベーターはメタロシャペロンとして機能することが示されています 10 が、「アクチベータータンパク質」はほとんどの Co-NHase へのコバルトの取り込みのための「自己サブユニット交換シャペロン」として機能します 9、11、12。

自己サブユニット交換は、Co-NHase ファミリーの翻訳後成熟ステップの 1 つです11。 アクチベータータンパク質は NHase の α サブユニットとの複合体として存在し、NHase へのコバルトの取り込みは、コバルトを含まない NHase α サブユニットと複合体のコバルト含有 α サブユニット間の α サブユニットの交換に依存します9。 自己サブユニット交換は、Kuchar と Hausinger による総説で報告されている現在知られている金属中心生合成の一般的な機構 9、11、13 とは次のようにまったく異なります。 (ii) 金属イオンまたは補因子のメタロシャペロン送達。 (iii) 金属結合部位を作成する翻訳後修飾。 (iv) 金属と別の成分との相乗的結合。 (v) 金属含有補因子の合成。 (vi) 電子移動を伴う金属の取り込み。 (vii) アポタンパク質特異的分子シャペロンの必要性など14。 自己サブユニット交換は、ロドコッカス ロドクロス J19 の L-NHase で最初に発見され、続いて同じ株の H-NHase で発見され 11、他のさまざまな Co-NHase および NHase ファミリー酵素であるチオシアン酸加水分解酵素でも起こると推測されています。また、2 つの翻訳後修飾されたシステイン リガンドを備えたユニークな非コリン コバルト中心も含まれています 12,15。 「自己サブユニット交換シャペロン」は、金属中心生合成におけるメタロシャペロンやタンパク質のフォールディングにおける分子シャペロンとは対照的に、驚くべきタンパク質機能を示します9,11。