X線結晶構造解析により見出された新規セリン生合成酵素に重要な因子

新規ホスホセリンホスファターゼのX線結晶構造解析および変異体解析を行った結果、様々な機能を有する類似タンパク質群の中から実際にセリン生合成に働いているものを高精度で見分けるための構造要因の特定に成功しました。

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これまでに東京大学農学生命科学研究科・応用微生物学研究室のグループは、絶対独立栄養性水素細菌（注１）Hydrogenobacter thermophilusが既知のホスホセリン脱リン酸化酵素（PSP）とは起源が全く異なる新規なPSPを有することを発見した。そして、この新規PSPに類似のタンパク質が多種多様な生物に存在し、セリンの生合成に寄与していることも予測していた。しかし、この新規PSPに類似のタンパク質の基質選択性は非常に複雑であり、遺伝子データベース上の新規PSP類似タンパク質遺伝子が本当にPSPとして機能しているのか、それとも他の機能を有するのか見分けるのは困難であった。そこで応用微生物学研究室および同研究科・食品生物構造学研究室のグループは新規PSPのX線結晶構造解析を行い、PSPとして機能するのに重要な因子を特定した。

新規PSPの高分解能結晶構造から、ホスホセリンと相互作用可能な85番目のヒスチジン側鎖および活性ポケットの蓋となるC末端のアミノ酸数残基が新規PSPの特徴であることが示唆された。これらの部位に変異を加えたタンパク質を解析した結果、これらの部位がPSPとして機能するのに非常に重要であることが実証された。さらに、他生物が有する新規PSPに類似のタンパク質を解析した結果、上述の2つの因子を有するもののみが高いPSP活性を有し、セリン生合成酵素として機能可能なことが明らかになった。

以上の結果から、新規PSPと同様にPSPとして働いているタンパク質をゲノムデータベースから高精度で予測することが可能になった。これにより、絶対独立栄養性水素細菌だけでなく、シアノバクテリアなどの性質の異なる生物にも新規PSPが存在することが明らかになり、様々な生物におけるセリン生合成経路を知ることができた。

この研究は、科学研究費補助金基盤研究(A)（絶対独立栄養性・好熱性水素細菌のゲノム情報を基盤とした生理生化学的研究、研究代表者：石井正治）の支援の下で行われたものである。