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| フラビンプレニルトランスフェラーゼ | |||||||||
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 フラビンプレニルトランスフェラーゼホモドデカマー、緑膿菌 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.5.1.129 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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UbiXはフラビンプレニルトランスフェラーゼであり、ジメチルアリル一リン酸（DMAP）（またはジメチルアリルピロリン酸（DMAPP）[1] ）をFMNのN5およびC6位に付加する反応を触媒し、プレニル化FMN（prFMN）補因子の形成に至る。[2]この酵素は大腸菌のユビキノン 生合成経路に関与しており、そこから名前が付けられた[3] UbiXはUbiD酵素と関連しており、prFMNは可逆的脱炭酸酵素としてUbiD酵素によって利用される。[4]プレニルトランスフェラーゼとしては珍しく、UbiXは金属に依存しない。[5]
アスペルギルス・ニガー由来のFdc1（AnFdc1）の活性部位におけるprFMNの構造解明に続いて、 UbiXのプレニルトランスフェラーゼ活性が調査された。P.aeruginosa由来のUbiXを酸化FMNおよびDMAPとともにインキュベートし、続いて亜ジチオン酸ナトリウムで還元すると、prFMN還元体が形成される。[2]同じ手順に続いて好気条件下で再酸化すると、prFMNラジカルが生じる。アポ-AnFdc1をprFMN還元体とともに嫌気的にインキュベートし、続いて酸素にさらすと、脱炭酸酵素活性が生じるが、prFMNラジカルとともにインキュベートしてもアポ-AnFdc1は活性を示さなかった。これは、prFMN還元型がUbiD/Fdc1によって対応するprFMNイミニウムに正しく酸化できることを示唆している（図2）。[2]
機構
P.aeruginosa UbiX (PaUbiX) の結晶構造から、DMAP 基質が FMN イソアロキサジン環の真上に位置し、N5-C1' ジメチルアリル付加物が最初に形成され、それが C6-C3' 結合の形成と第 4 の非芳香族環の生成の前提条件となることが明らかになりました (図 1)。[2]いくつかの保存された残基が DMAP リン酸基に結合していることが判明し、残基 E140 はリン酸脱離基を強化するためのプロトン供与体として作用することが示唆されています。この研究では、2つの残基S15とE49がN5の脱プロトン化とN5-C1'結合形成に重要な役割を果たすことが示唆されました（図1）[2]。変異E49Qは、PaUbiXのAnFdc1を活性化する能力に深刻な影響を及ぼし、E49Qの結晶構造は、還元および急速凍結後1〜5秒以内にN5-C1'結合を明らかにしませんでしたが、野生型（WT）PaUbiXでは1〜5秒以内にN5-C1'結合が観察されました。この研究では、C3'-C6結合の形成中に中間体を捕捉することはできませんでしたが、C3'カルボカチオンへのC6求核攻撃は、結合したリン酸を介したC2'のプロトン化と同時に、またはそれに続いて起こることを示唆しました。結果として得られたシクロヘキサジエン付加物は、S15およびE49を介したプロトン引き抜きと同時に芳香族化されて最終生成物を形成すると仮定されました。 PaUbiXに提案されたメカニズムを図1に示す。[2]
これらの発見は2019年に更新され、最初のステップであるN5-C1'結合形成はS N 1メカニズムを介して起こる可能性が高いことを示す新しい出版物が発表されました。[1]これにより、反応を開始するために基質のジメチルアリル部分が厳密に必要になります。同じ論文では、Aspergillus niger由来のDMAPP特異的UbiX（AnUbiX）では、DMAP基質であってもDMAPP基質であってもN5アルキル化が起こるため、このステップはDMAPPに存在するベータリン酸とは無関係であることが示されました。[1]同じAnUbiX酵素では、フラビンC6のFridel-Craftsアルキル化はDMAPP基質を使用した場合にのみ起こることが示されました。PaUbiXのリン酸結合部位の変異もC6-C3'結合を形成できませんでしたが、リン酸の添加によって回復することができました。これにより、UbiXがリン酸（およびピロリン酸）酸塩基触媒を介してC6-C3'結合の形成を触媒することが確認されました。[1]
参考文献
- ^ abcde Marshall SA、Payne KA、Fisher K、White MD、Ní Cheallaigh A、Balaikaite A、et al. (2019年5月)。「UbiXフラビンプレニルトランスフェラーゼ反応機構はクラスIテルペンシクラーゼ化学に似ている」。Nature Communications。10 ( 1 ) : 2357。Bibcode : 2019NatCo..10.2357M。doi : 10.1038/s41467-019-10220-1。PMC 6541611。PMID 31142738。
- ^ abcdef White MD、Payne KA、Fisher K、Marshall SA、Parker D、Rattray NJ、他 (2015 年 6 月)。「UbiX は細菌のユビキノン生合成に必要なフラビンプレニルトランスフェラーゼです」。Nature . 522 ( 7557 ) : 502–506。Bibcode :2015Natur.522..502W。doi : 10.1038/nature14559。PMC 4988493。PMID 26083743。
- ^ Gulmezian M、Hyman KR、 Marbois BN、Clarke CF、Javor GT (2007 年 11 月) 。「大腸菌コエンザイム Q 生合成における UbiX の役割」。Archives of Biochemistry and Biophysics。467 (2): 144–153。doi :10.1016/j.abb.2007.08.009。PMC 2475804。PMID 17889824。
- ^ Payne KA、White MD、Fisher K、 Khara B、Bailey SS、Parker D、他 (2015 年 6 月)。「新しい補因子が 1,3-双極子環化付加による α、β-不飽和酸の脱炭酸をサポートする」。Nature。522 ( 7557 ) : 497–501。Bibcode :2015Natur.522..497P。doi : 10.1038/nature14560。PMC 4988494。PMID 26083754。
- ^ Leys D (2018年12月). 「フラビンメタモルフォーシス：プレニル化による補因子変換」Current Opinion in Chemical Biology 47 : 117–125. doi : 10.1016/j.cbpa.2018.09.024 . PMID 30326424. S2CID 53012607.
