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神経毒性のある有機リン化合物による急性中毒の治療のために、安定性が向上し、酸化感受性が低下した触媒的バイオスカベンジャーを開発した
A catalytic bioscavenger with improved stability and reduced susceptibility to oxidation for treatment of acute poisoning with neurotoxic organophosphorus compounds.
PMID: 31891759 DOI: 10.1016/j.toxlet.2019.12.030.
抄録
有機リン（OP）神経剤は、軍事紛争での拡散後もテロリストによる拡散後も、深刻な毒物学的脅威となっている。加水分解酵素は、注射によって被害者の血流中に投与することができ、循環する神経物質を生体内で無毒の代謝物に分解することができるため、治療法を提供することができる可能性がある。実際、Brevundimonas diminuta（BdPTE）細菌に見られるホスホトリエステラーゼについては、触媒効率を向上させた遺伝子改変型が報告されているが、その生化学的安定性は治療への応用には不十分である。ここでは、酸化損傷を受けにくいBdPTEの新規変異体を開発するための合理的なタンパク質設計の応用について述べる。特に、2つの不対のシステイン残基をより不活性なアミノ酸で置換することで、OP農薬やV型神経剤を含む広範な基質に対して高い触媒活性を維持しながら、より高い安定性を得ることができた。変異型 BdPTE 酵素を大腸菌で生産し、均一に精製し、生化学的および酵素学的特性を評価した。その結果、いくつかの変異型BdPTE酵素は熱安定性が向上し、酸化ストレスの影響を受けにくくなっていることが質量分析で明らかになった。これらのBdPTEの変異体は、OP農薬だけでなく、神経剤による急性中毒の治療にも応用できる可能性がある。
Organophosphorus (OP) nerve agents pose a severe toxicological threat, both after dissemination in military conflicts and by terrorists. Hydrolytic enzymes, which may be administered into the blood stream of victims by injection and can decompose the circulating nerve agent into non-toxic metabolites in vivo, could offer a treatment. Indeed, for the phosphotriesterase found in the bacterium Brevundimonas diminuta (BdPTE), engineered versions with improved catalytic efficiencies have been described; yet, their biochemical stabilities are insufficient for therapeutic use. Here, we describe the application of rational protein design to develop novel mutants of BdPTE that are less susceptible to oxidative damage. In particular, the replacement of two unpaired cysteine residues by more inert amino acids led to higher stability while maintaining high catalytic activity towards a broad spectrum of substrates, including OP pesticides and V-type nerve agents. The mutant BdPTE enzymes were produced in Escherichia coli, purified to homogeneity, and their biochemical and enzymological properties were assessed. Several candidates both revealed enhanced thermal stability and were less susceptible to oxidative stress, as demonstrated by mass spectrometry. These mutants of BdPTE may show promise for the treatment of acute intoxications by nerve agents as well as OP pesticides.
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