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バクテリアGH39 β-キシロシダーゼの基質親和性と構造安定性の分子基盤を探る
Exploring the Molecular Basis for Substrate Affinity and Structural Stability in Bacterial GH39 β-Xylosidases.
PMID: 32500063 PMCID: PMC7242879. DOI: 10.3389/fbioe.2020.00419.
抄録
グリコシドヒドロラーゼファミリー39（GH39）は、機能的に拡大しているファミリーであるが、基質特異性と極限親和性の分子基盤についての理解は限られている。本研究では、基質親和性の調節におけるポジティブサブサイト領域の重要な役割を明らかにするとともに、C末端延長がないことが、いくつかのGH39メンバーのオリゴマー化と構造安定性にどのような影響を与えるかを明らかにした。植物病原体由来の新しいGH39メンバーの結晶構造とSAXS構造は、熱安定性を高めるための分子戦略として、オリゴマー化を促進するための拡張C末端の重要性を支持するものである。また、部位特異的変異誘発法を用いた比較構造解析の結果、ポジティブサブサイト領域に位置する2つの残基、Lys166とAsp167が、基質結合活性部位の局所的な変化を誘導することで、基質親和性と触媒性能に重要な役割を果たしていることが明らかになった。これらの発見は、GH39ファミリーの基質認識と構造安定性に関わるメカニズムの分子理解を広げるものであり、生物学的知見や合理的な酵素工学、バイオオリファイナリーでの利用に役立つ可能性があります。
The glycoside hydrolase family 39 (GH39) is a functionally expanding family with limited understanding about the molecular basis for substrate specificity and extremophilicity. In this work, we demonstrate the key role of the positive-subsite region in modulating substrate affinity and how the lack of a C-terminal extension impacts on oligomerization and structural stability of some GH39 members. The crystallographic and SAXS structures of a new GH39 member from the phytopathogen support the importance of an extended C-terminal to promote oligomerization as a molecular strategy to enhance thermal stability. Comparative structural analysis along with site-directed mutagenesis showed that two residues located at the positive-subsite region, Lys166 and Asp167, are critical to substrate affinity and catalytic performance, by inducing local changes in the active site for substrate binding. These findings expand the molecular understanding of the mechanisms involved in substrate recognition and structural stability of the GH39 family, which might be instrumental for biological insights, rational enzyme engineering and utilization in biorefineries.
Copyright © 2020 Morais, Polo, Domingues, Persinoti, Pirolla, de Souza, Correa, dos Santos and Murakami.