Loading article…
| カナマイシンキナーゼ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 1L8Tから抜粋したAPH(3')の構造[1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.7.1.95 | ||||||||
| CAS番号 | 62213-36-9 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
| |||||||||
アミノグリコシド-3'-ホスホトランスフェラーゼ（APH(3')）は、アミノグリコシドキナーゼとしても知られ、主にATPからのリン酸をカナマイシンなどの4,6-二置換アミノグリコシドの3'-ヒドロキシル基に付加する反応を触媒する酵素である。[2]しかし、APH(3')は、3'-ヒドロキシル基を欠く4,5-二置換アミノグリコシドの5'-ヒドロキシル基をリン酸化することや、3'-および5'-ヒドロキシル基の両方を持つアミノグリコシドのヒドロキシル基を二リン酸化することもわかっている。[2] [3]生物学的条件下では主に正に帯電しているアミノグリコシドは、負に帯電した核酸の骨格に結合してタンパク質合成を阻害し、細菌細胞の増殖を効果的に阻害する。[4] APH(3')によるアミノグリコシドのリン酸化は、立体障害と不利な静電相互作用による結合親和性を低下させるリン酸基を導入し、アミノグリコシドの作用機序を効果的に破壊する。 [5] APH(3')は主にグラム陽性細菌の特定の種に見られる。[6] [7] [8]
この酵素は転移酵素ファミリーに属し、具体的にはアルコール基を受容体としてリン含有基を転移する酵素（ホスホトランスフェラーゼ）である。この酵素クラスの系統名はATP:カナマイシン3'-O-ホスホトランスフェラーゼである。この酵素はネオマイシン-カナマイシンホスホトランスフェラーゼとも呼ばれる。[9]
構造
APH(3')は熱力学的に、Cys19とCys156の間の2つのジスルフィド結合によって結合し、活性部位が互いに向き合った2つの同一のAPH(3')モノマーの二量体形態を好む。[2] [10]しかし、2つのモノマーの活性部位間の距離が大きいことから、それらは互いに独立しており、協力的に機能していないことが示唆される。さらに、APH(3')の二量体化は酵素の活性に影響を与えない。[2] [10] [11]
各モノマーは、βシートが豊富なN末端とαヘリックスが多いC末端の2つのローブで構成され、12個のアミノ酸領域が2つを接続しています。N末端ローブは5つの反平行βシートで構成され、シート3と4の間にαヘリックスがあります。C末端ローブは、中央のコア領域（2つのαヘリックスとヘアピンループ、それに続く4つのβシート）、挿入領域（ループ構造で接続された2つのαヘリックス）、およびC末端領域（2つのαヘリックス）に分かれています。[11] 2つのローブに囲まれたポケットが酵素の活性部位を構成します。[2]このポケットは主に負に帯電したアミノ酸残基で構成されており、活性部位の基質の正電荷を安定化し、基質を配向させます。さらに、このポケットは酵素の多様性に寄与し、数種類のアミノグリコシドを取り込み安定化することを可能にすると考えられている。[6]
機構
APH(3')に関する以前の研究では、3'-ヒドロキシル基によるγ-リン酸の求核攻撃を伴うメカニズムが支持されていたが、最近の研究では、APH(3')は、解離メカニズムを介してATPからアミノグリコシドへのγ-リン酸の転移を触媒することが示唆されており、このメカニズムでは、基質の脱プロトン化はリン酸転移には重要ではなく、メタリン酸遷移状態の安定化が重要である。[8] [12] さらに、APH(3')には、ATP結合後に酵素活性部位で閉じるヌクレオチド配置ループ(NPL)があり、3'-ヒドロキシル基のリン酸化を促進する。リン酸基を正しく配置するための鍵となるのは、Ser27残基とMet26残基である。最初に、Asn195とAsp208によって安定化された2つのマグネシウムイオンが、活性部位でのATPの結合を促進し、β-リン酸基とγ-リン酸基を配向させる。その後、NPLは構造変化を起こし、Ser27とβ-リン酸基の間に水素結合を形成する。基質が結合すると、APH(3')は別の構造変化を起こし、Ser27の向きを変え、そのアミド骨格がβ-リン酸とγ-リン酸の配列を乱し、γ-リン酸結合を弱める。Met26のアミド骨格はメタリン酸と水素結合を形成し、遷移状態を安定化させる。その後、マグネシウムイオン(Mg1と表記)がγ-リン酸結合を延長し、それを切断してヒドロキシル基を効果的にリン酸化させる。[8]
進化と生物学的機能
APH(3')の中心コア領域は、真核生物に見られる機能的に同等な酵素であるセリン/チロシンおよびスレオニンプロテインキナーゼの領域と高度な立体配座類似性を持っています。さらに、主要な活性部位残基のX線結晶構造解析と変異誘発により、全残基含有量の10%未満しか共有していないにもかかわらず、APH(3')と真核生物のプロテインキナーゼは関連しているという主張が裏付けられています。[2] [8] [11]いくつかの研究では、かつては真核生物にのみ存在すると考えられていたセリン/チロシン/スレオニンプロテインキナーゼが原核生物にも存在することを示唆しています。[13] [14] さらに、アミノグリコシド生合成では、合成の特定の段階でヒドロキシル基のリン酸化が必要であることが判明しています。したがって、APH(3')や他のタンパク質キナーゼはアミノグリコシドの代謝経路の酵素に由来し、宿主細菌細胞におけるこれらの抗生物質の毒性効果を打ち消すために開発されたと推測されている。[11] [15]
研究での使用
アミノグリコシド耐性遺伝子は、正しく形質転換された細菌を選択するために遺伝子工学の分野でよく使用されます。ベクタープラスミドを構築する場合、目的の遺伝子を効果的に発現させるには、ベクターに抗生物質耐性を含めることが重要です。アミノグリコシドのカナマイシンやネオマイシンなどの抗生物質は、プラスミドを効果的に取り込まなかった細胞を選択的に破壊するために、成長期に培養物に添加されます。
参考文献
- ^ Fong DH、 Berghuis AM (2002)。「3',5"-アミノグリコシドホスホトランスフェラーゼタイプIIIa ADPカナマイシンA複合体の結晶構造」。ワールドワイドタンパク質データバンク。doi :10.2210/pdb1l8t/pdb。
- ^ abcdefg Wright GD、Thompson PR (1999)。「アミノグリコシドホスホトランスフェラーゼ：タンパク質、構造、メカニズム」。Front Biosci。4 （ 1–3）：D9–21。doi ： 10.2741 / wright。PMID 9872733 。
- ^ Thompson PR、Hughes DW、Wright GD (1996)。「腸球菌およびブドウ球菌由来のアミノグリコシドホスホトランスフェラーゼの位置特異性 (APH(3')-IIIa)」。生化学。35 ( 26): 8686–95。doi :10.1021/bi960389w。PMID 8679631 。
- ^ Cavallo G, Martinetto P (1981). 「アミノグリコシドの作用機序」G Batteriol Virol Immunol . 74 (7–12): 335–46. PMID 6182050.
- ^ Kotra LP、Haddad J、Mobashery S (2000)。「アミノグリコシド：作用と耐性のメカニズムの展望と耐性に対抗する戦略」。抗菌 剤と化学療法。44 (12): 3249–56。doi :10.1128/aac.44.12.3249-3256.2000。PMC 90188。PMID 11083623。
- ^ ab Fong DH、 Berghuis AM (2002)。「標的模倣によるアミノグリコシド系抗生 物質耐性酵素の基質乱用」。EMBOジャーナル。21 (10): 2323–31。doi : 10.1093/emboj/21.10.2323。PMC 126009。PMID 12006485。
- ^ Gray GS、Fitch WM (1983)。「抗生物質耐性遺伝子の進化：黄色ブドウ球菌のカナマイシン耐性遺伝子のDNA配列」。Mol Biol Evol . 1 (1): 57–66. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040298 . PMID 6100986。
- ^ abcde Thompson PR、Boehr DD、 Berghuis AM、Wright GD (2002)。「アミノグリコシド系抗生物質キナーゼAPH(3')-IIIaのメカニズム：ヌクレオチド配置ループの役割」。生化学。41 (22): 7001–7。doi :10.1021/bi0256680。PMID 12033933 。
- ^ McKay GA、Wright GD (1996)。「腸球菌カナマイシンキナーゼ（APH(3')-IIIa）の触媒機構：粘度、チオ、溶媒同位体効果はセオレル・チャンス機構を支持する」。生化学。35 （26）：8680–5。doi ：10.1021/bi9603884。PMID 8679630 。
- ^ ab McKay GA、 Thompson PR、Wright GD (1994)。「Enterococcus由来の広域スペクトルアミノグリコシドホスホトランスフェラーゼIII型：過剰発現、精製、および基質特異性」。生化学。33（22）：6936–44。doi ：10.1021/bi00188a024。PMID 8204627。
- ^ abcd Hon WC、McKay GA、Thompson PR、Sweet RM、Yang DS 、Wright GD、Berhuis AM (1997)。「アミノグリコシド系抗生物質耐性に必要な酵素の構造は、真核生物のタンパク質キナーゼとの相同性を明らかにする」。Cell。89 ( 6 ) : 887–95。doi : 10.1016 /s0092-8674(00)80274-3。PMID 9200607。S2CID 13251696。
- ^ Boehr DD、Thompson PR、Wright GD (2001)。「アミノグリコシド系抗生物質キナーゼAPH(3')-IIIaの分子メカニズム：保存された活性部位残基の役割」。J Biol Chem . 276 (26): 23929–36. doi : 10.1074/jbc.m100540200 . PMID 11279088。
- ^ Kennelly PJ (1996). 「ここでお会いできてうれしいです! 「原核生物」タンパク質リン酸化の新たな見方」J Bacteriol . 178 (16): 4759–64. doi :10.1128/jb.178.16.4759-4764.1996. PMC 178254. PMID 8759835 .
- ^ Zhang CC (1996). 「真核生物型タンパク質キナーゼを伴う細菌シグナル伝達」Mol Microbiol . 20 (1): 9–15. doi :10.1111/j.1365-2958.1996.tb02483.x. PMID 8861199. S2CID 33493179.
- ^ Pierpersberg, W; Distler, J; Heinzel, P; Perez-Gonzalaez, JA (1988). 「改変による抗生物質耐性：多くの耐性遺伝子は放線菌の細胞制御遺伝子から派生している可能性がある - 仮説」Actinomycetologica . 2 (2): 83–98. doi : 10.3209/saj.2_83 .
さらに読む
- Doi O, Ogura M, Tanaka N, Umezawa H (1968 年 9 月). 「Pseudomonas aeruginosa 細胞から得られた酵素によるカナマイシン、ネオマイシン、ストレプトマイシンの不活性化」.応用微生物学. 16 (9): 1276–81. doi :10.1128/AEM.16.9.1276-1281.1968. PMC 547640. PMID 4970990 .
- Dolin MI (1957年3 月)。「還元ジホスホピリジンヌクレオチドに対する Streptococcus faecalis 酸化酵素。III. 還元ジホスホピリジンヌクレオチドに対するフラビンペルオキシダーゼの単離と特性」。The Journal of Biological Chemistry。225 ( 1): 557–73。doi : 10.1016 /S0021-9258(18)64952- X。PMID 13416259 。
