高い加水分解活性を有するグリコーゲン分岐酵素としてのThermotoga maritima MSB8 GH57 α-アミラーゼ AmyCの同定

Identification of Thermotoga maritima MSB8 GH57 α-amylase AmyC as a glycogen-branching enzyme with high hydrolytic activity.

• Xuewen Zhang
• Hans Leemhuis
• Štefan Janeček
• Mária Martinovičová
• Tjaard Pijning
• Marc J E C van der Maarel

抄録

Thermotoga maritima MSB8 のグリコシドヒドロラーゼファミリー 57（GH57）酵素である AmyC は、以前にマルトデキストリン利用または貯蔵多糖代謝のいずれかの役割を果たす細胞内α-アミラーゼであることが同定されている。しかし、AmyCのα-アミラーゼ特異性は、GH57の広範な系統解析と三次構造比較から、AmyCがグリコーゲンの生合成における重要な酵素であるグリコーゲン分岐酵素(GBE)である可能性が示唆されているため、疑問視されている。このコミュニケーションは、AmyCが8.5%のα-1,6-グリコシド結合を持つ分岐α-グルカンを生成し、比較的高い加水分解活性（α-アミラーゼ活性）を持つGBEであることを系統的に、生化学的に証明するものである。高い加水分解活性は、AmyCがアクセプター側に到達しないかなり短い触媒ループ（残基213-220）を持っているという事実によって説明されます。第二に、AmyCでは、活性部位の近くにあるトリプトファン残基（W246）は、その側鎖がタンパク質内部に埋もれているが、Tk1436とTt1467のGBEでは、側鎖は表面にある。他の3つのThermotogaceaeに由来すると考えられるGBEは、AmyCと非常に高い配列類似性を有しており、AmyCと同じ構造要素を有していることが判明し、比較的高い加水分解活性を有するGH57 GBEが自然界に広く存在している可能性が示唆された。

AmyC, a glycoside hydrolase family 57 (GH57) enzyme of Thermotoga maritima MSB8, has previously been identified as an intracellular α-amylase playing a role in either maltodextrin utilization or storage polysaccharide metabolism. However, the α-amylase specificity of AmyC is questionable as extensive phylogenetic analysis of GH57 and tertiary structural comparison suggest that AmyC could actually be a glycogen-branching enzyme (GBE), a key enzyme in the biosynthesis of glycogen. This communication presents phylogenetic and biochemical evidence that AmyC is a GBE with a relatively high hydrolytic (α-amylase) activity (up to 30% of the total activity), creating a branched α-glucan with 8.5% α-1,6-glycosidic bonds. The high hydrolytic activity is explained by the fact that AmyC has a considerably shorter catalytic loop (residues 213-220) not reaching the acceptor side. Secondly, in AmyC, the tryptophan residue (W 246) near the active site has its side chain buried in the protein interior, while the side chain is at the surface in Tk1436 and Tt1467 GBEs. The putative GBEs from three other Thermotogaceae, with very high sequence similarities to AmyC, were found to have the same structural elements as AmyC, suggesting that GH57 GBEs with relatively high hydrolytic activity may be widespread in nature.