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| メタロβラクタマーゼスーパーファミリー | |||||||||
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| シンボル | ラクタマーゼ_B | ||||||||
| パム | PF00753 | ||||||||
| エコド | 247.1.1 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1bmc / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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メタロ-β-ラクタマーゼ（MBL）スーパーファミリー[1]は、遷移金属イオンを結合する能力を持つ特徴的なαββαフォールドを共有する、生命のあらゆる領域に見られるタンパク質のグループを構成します。このような金属結合部位は、Zn(II)、Fe(II)/Fe(III)、Mn(II)などの二価遷移金属イオンを持つ可能性があり、多様な基質を収容できる広い溝の底に位置しています。この名前は、実験的に研究されたスーパーファミリーの最初のメンバー、つまりβ-ラクタム系抗生物質に対する細菌耐性を付与する亜鉛依存性加水分解酵素のグループにちなんで採用されました。これらの亜鉛-β-ラクタマーゼ（ZBL）は、β-ラクタム環の加水分解によってβ-ラクタム系抗生物質を不活性化します。MBLに関する初期の研究は、バチルス・セレウスの株569/H/9から分離された酵素βLIIを対象に行われました。このβ-ラクタマーゼは細菌によって生成されることが示された2番目のβ-ラクタマーゼであったため、βLIIと名付けられました。最初のβLIは非金属β-ラクタマーゼであり、EDTAによる阻害には反応しませんでした（βLIIは時間の経過とともにBcIIに改名されました）。
1995年に発表された低解像度X線結晶構造解析[2]では、 MBLスーパーファミリーの特徴となる新しいαββαフォールドと、炭酸脱水酵素の典型的な活性部位に似た3ヒスチジンモチーフに結合した単一のZn(II)イオンが明らかにされた。したがって、BcIIとZBLは一般に、炭酸脱水酵素が二酸化炭素を水和させて重炭酸塩にするメカニズムと同様に、単一のZn(II)イオンを使用して水分子を加水分解に活性化すると考えられていた。しかし、バクテロイデス・フラギリスのZBLであるCcrAの構造が発表され、前のZn(II)イオンの隣に追加のZn(II)イオンがあることが示されたことで、この考えはすぐに覆された。2つ目の亜鉛は、近くのAsp、Cys、およびHis残基に配位していた。[3]さらに、2番目の金属イオンは後にバチルス・セレウスZBLでも発見され、[4]各亜鉛イオンの役割に関する10年に及ぶ論争が始まりました。その後、単金属ZBLは非常に例外的で、抗生物質不活化反応には2つのZn(II)イオンが必要であることがわかりました。[5]同様に、亜鉛キレート剤はβ-ラクタム抗生物質に対するメタロβ-ラクタマーゼの加水分解活性を阻害し、後者の活性を回復できることが実証されています。[6]
メタロ-β-ラクタマーゼは、抗生物質耐性菌による抗生物質の分解に関与する重要な酵素である。[7]メタロ-β-ラクタマーゼ活性がスーパーファミリー内で1回進化したのか、2回進化したのかは不明である。2回進化した場合は、構造的適応が示唆される。[8] MBLスーパーファミリーに属するタンパク質は通常、少なくとも1つのMBLドメインを、基質認識や他のポリペプチドへの結合などの異なる機能を提供する追加のドメインとモジュール方式で組み合わせる。したがって、MBLスーパーファミリーのメンバーは、MBLドメインの金属支援水活性化能力を活用して、さまざまな加水分解反応を実行する。このような多様性は、異なる金属イオンに結合するために、金属結合部位の周囲の変異によって拡大されることが多い。実際、Fe(II)/Fe(III)に結合するMBLは、1電子酸化還元反応を実行できるため、酸化還元活性であることが多い。
MBLスーパーファミリーのすべてのメンバーを体系的に分類する初期の試みは、1999年にAravindによって行われ、[9]他の多くのタンパク質がMBLに典型的なαββαを示すことを示しました。これらの観察は2001年にDaiyasuらによって更新され、 MBLスーパーファミリー内に少なくとも16のファミリーが定義されました。[10]これらのタンパク質には、SD-ラクトイルグルタチオンの加水分解を触媒してグルタチオンとD-乳酸を形成するグリオキサラーゼIIファミリーのメンバーであるチオレエステラーゼ、および淋菌の自然変換に必須であり、DNAの取り込みに関与するトランスポーターである可能性があるコンピテンスタンパク質が含まれます。コンピテンスタンパク質を除いて、これらのタンパク質は分子あたり2つの亜鉛イオンを補因子として結合します。現在、少なくとも100のタンパク質がX線結晶構造解析を使用してαββαドメインを含むことが示されているのに対し、MBLスーパーファミリー全体には約50万のメンバーが含まれています。
参照
参考文献
- ^ González, JM (2021). 「配列類似性ネットワーク近傍接続解析によるメタロβラクタマーゼスーパーファミリーの視覚化」Heliyon . 7 (1): e05867. Bibcode :2021Heliy...705867G. doi : 10.1016/j.heliyon.2020.e05867 . PMC 7785958. PMID 33426353 .
- ^ Carfi A, Pares S, Duée E, Galleni M, Duez C, Frère JM, Dideberg O (1995). 「Bacillus cereus 由来の亜鉛メタロ-β-ラクタマーゼの 3D 構造は、新しいタイプのタンパク質フォールドを明らかにする」. EMBO Journal . 14 (20): 4914–21. doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb00174.x. PMC 394593. PMID 7588620 .
- ^ Concha NO、Rasmussen BA、Bush K 、Herzberg O (1996)。「Bacteroides fragilis由来の広域スペクトル二核亜鉛β-ラクタマーゼの結晶構造」。構造。4 ( 7 ) : 823–36。doi : 10.1016 /s0969-2126(96)00089-5。PMID 8805566 。
- ^ Orellano EG、Girardini JE、Cricco JA、Ceccarelli EA、Vila AJ (1998)。「Bacillus cereus beta-lactamase II の二核金属部位の分光学的特性」。生化学。37 ( 28): 10137–80。doi :10.1021/bi980309j。PMID 9665723 。
- ^ González JM、Meini MR、Tomatis PE、Medrano Martín FJ 、 Cricco JA、Vila AJ (2012)。 「メタロ-β-ラクタマーゼは金属-リガンド相互作用を調整することで低Zn(II)条件に耐える」。Nature Chemical Biology。8 ( 8 ): 698–700。doi :10.1038/nchembio.1005。PMC 3470787。PMID 22729148。
- ^ プリンシペ、ルイージ;ヴェッキオ、グラツィエラ。シーハン、ジェラルド。カバナー、ケビン。モロニ、ジャンルカ。ヴィアッジ、ヴァレンティーナ。ディ・マシ、アレッサンドラ。ジャコッベ、ダニエレ・ロベルト。ルザロ、フランチェスコ。ルッツァーティ、ロベルト。ディ・ベラ、ステファノ（2020-10-01）。 「メタロ-β-ラクタマーゼ産生細菌に対するカルバペネムアジュバントとしての亜鉛キレート剤: インビトロおよびインビボでの評価」。微生物の薬剤耐性。26 (10): 1133–1143。土井：10.1089/mdr.2020.0037。ISSN 1076-6294。PMID 32364820。S2CID 218504647 。
- ^ Shaw, Robert W; Kim, Sung-kun (2008年11月). 「メタロ-β-ラクタマーゼの阻害」. 7456274.
- ^ Alderson R、Barker D、Mitchell JB (2014)。「メタロ-β-ラクタマーゼ活性の起源は1つ、それとも2つ？系統樹のサンプルに基づいて再構築された祖先配列の多様なセットを評価する調査」。J . Mol . Evol . 79 (3–4): 117–29。Bibcode :2014JMolE..79..117A。doi : 10.1007 /s00239-014-9639-7。PMC 4185109。PMID 25185655。
- ^ Aravind, L (1999). 「メタロ-β-ラクタマーゼフォールドタンパク質の進化的分類」. In Silico Biology . 1 (2): 69–91. PMID 11471246.
- ^ Daiyasu H, Osaka K, Ishino Y, Toh H (2001). 「β-ラクタマーゼフォールドの亜鉛メタロヒドロラーゼファミリーの拡大」. FEBS Letters . 503 (1): 1–6. doi : 10.1016/s0014-5793(01)02686-2 . PMID 11513844. S2CID 83777351.