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アスパラギンペプチドリアーゼは、プロテアーゼ（タンパク質分解酵素、ペプチダーゼ、プロテイナーゼとも呼ばれる）を触媒残基に応じて分類した7つのグループの1つです。アスパラギンペプチドリアーゼの触媒メカニズムは、アスパラギン残基が求核剤として作用し、加水分解ではなく求核脱離反応を起こしてペプチド結合の切断を触媒します。[1]
ペプチド結合の切断が加水分解ではなく自己プロセシングによって起こるこの7番目の触媒型プロテアーゼの存在は、大腸菌由来のTshオートトランスポーターの自己切断前駆体の結晶構造の発見によって実証されました。[2]
合成
これらの酵素は前駆体またはプロペプチドとして合成され、自己タンパク質分解反応によって自己切断される。[2]
アスパラギンペプチドリアーゼの自己切断性質は、酵素活性が酵素を破壊するという点で、酵素の一般的な定義と矛盾している。しかし、酵素が反応から回収できないにもかかわらず、自己処理はタンパク質分解酵素の作用である。[1]
活性部位と触媒機構
アスパラギンペプチドリアーゼのタンパク質分解活性はすべて自己切断のみであり、それ以上のペプチダーゼ活性は発生しません。[3]
活性部位の主な残基はアスパラギンであり、触媒機構に関与する他の残基があり、アスパラギンペプチドリアーゼの異なるファミリー間で異なります。[2] [4] [5]
切断メカニズムは、他の活性部位残基の助けを借りてアスパラギンの環化から成ります。特定の条件下では、アスパラギンの環状構造がC末端ペプチド結合を主鎖に求核的に攻撃して新しい結合を形成し、安定したスクシンイミドを形成し、主鎖から切断されて、結果として生成物の2つの半分が放出されます。[6] [7]
阻害
阻害剤は知られていない。[3]
分類
MEROPSプロテアーゼデータベースには、6つの異なるプロテアーゼ族に含まれる以下の10のアスパラギンペプチドリアーゼファミリーが含まれています。[3]
タンパク質分解酵素は、配列の類似性に基づいてファミリーに分類されます。各ファミリーには、相同配列と共通の触媒型を持つタンパク質分解酵素が含まれます。クランとは、関連する構造を持つタンパク質分解酵素ファミリーのグループであり、触媒型は保存されていません。
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分布と種類
アスパラギンペプチドリアーゼの 10 種類のファミリーは、次の 3 つの異なるタイプに分類されます。
- ウイルスコートタンパク質
- オートトランスポータータンパク質
- インテイン含有タンパク質
ウイルスコートタンパク質には 5 つのファミリー (N1、N2、N8、N7、N5)、オートトランスポータータンパク質には 2 つのファミリー (N6 と N4)、インテイン含有タンパク質には 3 つのファミリー (N9、N10、N11) があります。
ウイルスコートタンパク質
ウイルスコートタンパク質には、アスパラギン残基で処理される5つのファミリーがあります。これら5つのファミリーは、3つのクラン（NAクラン（ファミリーN1、N2、N8）、NCクラン（ファミリーN7）、NEクラン（ファミリーN5））に含まれます。[8]
ファミリーN1：既知の自己分解性切断は、ノダウイルスエンドペプチダーゼによってコートタンパク質のC末端から媒介され、組み立てられたウイルス粒子内でのみ起こります。[9]
ファミリーN2：テトラウイルスエンドペプチダーゼを含む。既知の自己分解切断はコートタンパク質のC末端から起こる。切断はウイルス粒子の組み立ての後期に起こる。[10]
ファミリーN8：ポリオウイルスVP0のウイルスカプシドタンパク質は自己分解によりプロビリオン内のVP2とVp4に切断されることが知られています。[11]
ファミリーN7：既知の自己分解切断はコートタンパク質のN末端から起こる。 [12]
ファミリーN5：既知の自己分解切断はコートタンパク質のN末端から起こる。 [13]
オートトランスポータータンパク質
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オートトランスポータータンパク質は、グラム陰性細菌のさまざまな種類に見られる外膜タンパク質または分泌タンパク質です。これらのタンパク質には、シグナル配列、N末端に位置するパッセンジャードメイン、C末端に位置するトランスロケーターまたはオートトランスポータードメインの3つの構造モチーフが含まれており、ベータバレル構造を形成しています。これらの構造は、タンパク質の自己輸送を促進します。オートトランスポータータンパク質は通常、毒性機能に関連しています。この事実、宿主細胞との相互作用、オートトランスポーターをコードする遺伝子の広範な発生は、グラム陰性病原体に対するワクチンの設計における治療ターゲットとなる可能性を示唆しています。[14]
MEROPSデータベースがアスパラギンペプチドリアーゼを分類するファミリーのうち2つは、オートトランスポータータンパク質ファミリーN4とN6である。[3]
N4 ファミリーには、腸内細菌から分泌される毒性因子、またはオートトランスポーターが含まれます。これらのタンパク質分解活性は、毒性因子を前駆体から放出し、分泌できるようにすることです。N4 ファミリーのアスパラギン ペプチド リアーゼの活性部位残基は、N1100、Y1227、E1249、および R1282 です。
N6 ファミリーには、タイプ III タンパク質分泌システムに関与するオートプロセシングエンドペプチダーゼが含まれます。このシステムでは、タンパク質の分泌を仲介するためにオートプロテオリシスが不可欠です。タイプ III 分泌システムは、宿主細胞に浸透する中空の管状構造であるインジェクティソームによって、タンパク質を宿主細胞に直接分泌します。分泌されたタンパク質は、インジェクティソームを通過して宿主細胞の細胞質に入ります。N6 ファミリーのアスパラギンペプチドリアーゼで保存されている活性部位残基は N263 です。
インテイン含有タンパク質
インテインは、別のタンパク質であるエクステイン内に含まれるタンパク質です。寄生 DNA は、エンドヌクレアーゼをコードするインテイン遺伝子に感染します。結果として生じる cDNA (相補 DNA) は、インテインとともにエクステインをコードします。インテインには、エンドヌクレアーゼがネストされた自己切断ドメインが含まれます。インテイン ドメインは、自身のN 末端とC 末端で 2 つのタンパク質分解切断を実行し、エクステインから解放されて、2 つの断片に分離します。この 2 つの断片は次に一緒にスプライスされ、エクステインは完全に機能するタンパク質として残ります。
インテインドメインのN末端残基はセリン、スレオニン、またはシステインでなければならず、エステルまたはチオエステルを形成するために先行するペプチド結合を攻撃する。エクステインの2番目の部分の最初の残基もセリン、スレオニン、またはシステインでなければならず、この2番目の求核剤は分岐中間体を形成する。インテインドメインのC末端残基は常にアスパラギンであり、これは環化してスクシンイミドを形成し、自身のペプチド結合を切断してインテインをエクステインから解放する。最後に、エクステインではエステルまたはチオエステル結合が再配置され、通常のペプチド結合が形成される。[15]
インテイン含有タンパク質には 3 つのファミリー (N9、N10、N11) が知られており、それらはすべて PD クランに含まれ、異なる触媒タイプのタンパク質分解酵素が含まれています。ファミリー N9 のメンバーであるインテイン V 型プロトン ATPase 触媒サブユニット ( Saccharomyces cerevisiae ) と、ファミリー N10 のいくつかのインテインの三次構造が解明されています。
参照
参考文献
- ^ ab Rawlings, ND; Barrett, AJ; Bateman, A. (2011年11月4日). 「アスパラギンペプチドリアーゼ：タンパク質分解酵素の7番目の触媒型」. The Journal of Biological Chemistry . 286 (44): 38321–8. doi : 10.1074/jbc.M111.260026 . PMC 3207474. PMID 21832066 .
- ^ abc Tajima, N.; Kawai, F.; Park, SY; Tame, JR (2010). 「オートトランスポータータンパク質における新規インテイン様自己タンパク質分解機構」。Journal of Molecular Biology . 402 (4): 645–56. doi :10.1016/j.jmb.2010.06.068. PMID 20615416.
- ^ abcd Rawlings, Neil D.; Barrett, Alan J.; Finn, Robert (2016). 「タンパク質分解酵素、その基質および阻害剤の MEROPS データベースの 20 年」。核酸研究。44 ( D1): D343–D350。doi : 10.1093/ nar /gkv1118。PMC 4702814。PMID 26527717。
- ^ ドーティン、N.、バーナード、TJ、アンダーソン、DE、バーンスタイン、HD (2007) EMBO J. 26、1942-1952
- ^ J. March, Advanced Organic Chemistry, 第 4 版, Wiley, ニューヨーク, 1992
- ^ デハート、MP、アンダーソン、BD (2007) J. Pharm. Sci. 96、2667-2685
- ^ RA Rossi、RH de Rossi、「SRN1 メカニズムによる芳香族置換」、ACS モノグラフシリーズ No. 178、アメリカ化学会、1983 年
- ^ ローリングス、ニール D.; サルベセン、ガイ S. (2012)。プロテアーゼ酵素ハンドブック、第 3 版。アカデミック プレス [インプリント] 。ISBN 9780123822192。
- ^ Reddy, A., Schneemann, A. & Johnson, JE Nodavirus endopeptidase. Handbook of Proteolytic Enzymes, 2 edn (Barrett, AJ, Rawlings, ND & Woessner, JF eds)、p.197-201、Elsevier、ロンドン (2004)
- ^ Taylor, DJ & Johnson, JE Nudaurelia capensis オメガウイルスカプシドタンパク質の自己触媒切断部位付近の単一点変異により、フォールディングと粒子の組み立てが阻害される。Protein Sci (2005) 14, 401-408
- ^ 「MEROPS - ペプチダーゼデータベース」merops.sanger.ac.uk . 2016年10月22日閲覧。
- ^ 「MEROPS - ペプチダーゼデータベース」merops.sanger.ac.uk . 2016年10月22日閲覧。
- ^ 「MEROPS - ペプチダーゼデータベース」merops.sanger.ac.uk . 2016年10月22日閲覧。
- ^ Wells TJ、Tree JJ、Ulett GC、Schembri MA。オートトランスポータータンパク質：細菌細胞表面の新たな標的。（2007）274（2）、163-72
- ^ Alan J. Barrett、Neil D. Rawlings、J. Fred Woessner。タンパク質分解酵素ハンドブック。第3版。(2013) (pp. 14-16)
さらに読む
- Rawlings ND、Barrett AJ、Bateman A.アスパラギンペプチドリアーゼ：タンパク質分解酵素の7番目の触媒型。2011年11月4日;286(44):38321-8。
- Alan J. Barrett、Neil D. Rawlings、J. Fred (2012)。タンパク質分解酵素ハンドブック。第 3 版。ISBN 9780123822208
- Guoyao Wu (2013)アミノ酸：生化学と栄養学。ISBN 9781439861899
- クラウディア・ブリックス、ウォルター・シュテッカー（2014年1月21日）。プロテアーゼ: 構造と機能。ISBN 9783709108857
- Jin Zhang、Sohum Mehta、Carsten Schultz (2016)。生物学における光学プローブ。ISBN 9781466510128
外部リンク
- 国際タンパク質分解学会
- プロテアーゼ切断部位のグラフィカルインターフェース
- Merops - ペプチダーゼデータベース 2006-11-14 にWayback Machineでアーカイブ
- タンパク質分解マップ
- 切断部位、基質、タンパク質末端をカバーするTopFINDプロテアーゼデータベース
- プロテアーゼとその特異性の一覧（[1]も参照。2011-04-30にWayback Machineでアーカイブ）
- 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のプロテアーゼ
