ケト合成酵素様脱炭酸酵素KSQドメインの構造解析


微生物が生産するポリケタイド化合物の生合成に関わるI型ポリケタイド合成酵素 (PKS) は、複数の触媒ドメインのまとまりであるモジュールという巨大な基本構造がいくつか連なった超巨大タンパク質である。I型PKSの開始モジュールにはケト合成酵素様脱炭酸酵素 (KSQ) ドメインが含まれることが多い。KSQドメインは、マロニル基、あるいはメチルマロニル基を脱炭酸してアセチル基、あるいはプロピオニル基を生成する反応を触媒すると考えられていたが、KSQドメインの機能解析の報告はこれまでになく、その構造も明らかになっていなかった。



このような背景のもと、本研究では、マクロライド系抗生物質FD-891の生合成に関わるI型PKSであるGfsAの開始モジュールに含まれるKSQドメインの構造機能解析を行った。KSQドメインを含む二ドメインの組換えタンパク質を調製し、マロニル基が結合したキャリアータンパク質CPと反応させたところ、脱炭酸反応の進行を確認することができた。






次に、KSQドメインを含む二ドメインタンパク質の結晶構造解析を行い、KSQドメインの構造を初めて決定することに成功した。また、反応機構や基質認識機構に関する知見を得るため、基質アナログであるニトロアセチルパンテテインアミドを合成し、結晶に浸透させることによって、ニトロアセチルパンテテインアミドとの複合体の結晶構造を決定した。複合体構造情報や変異体解析の結果から、脱炭酸反応に重要なアミノ酸残基を明らかにすることができた。KSQドメインは、PKSにおいて縮合反応を担うケト合成酵素 (KS) ドメインとも高い相同性を示すことから、KSドメインの反応機構に関する知見も得られたと考えられる。


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