M42 アミノペプチダーゼの触媒部位：厳密に保存されたアスパラギン酸残基の構造と機能的役割

M42 aminopeptidase catalytic site: the structural and functional role of a strictly conserved aspartate residue.

• Raphaël Dutoit
• Nathalie Brandt
• Tom Van Gompel
• Dany Van Elder
• Jeroen Van Dyck
• Frank Sobott
• Louis Droogmans

抄録

M42アミノペプチダーゼは、原核生物に広く分布する二核アミノペプチダーゼのファミリーです。M42アミノペプチダーゼは、プロテアソームと結合し、ペプチドを完全に破壊することができます。最も特徴的なのは、12個のサブユニットからなる四面体状の粒子である四面体構造である。M42アミノペプチダーゼの触媒部位は、7つの保存残基によって定義されています。そのうちの5つは、活性とオリゴマー状態の両方を維持するために重要な金属イオン結合に関与しています。第６の保存残基であるグルタミン酸は、ペプチド結合加水分解の際に水分子を脱プロトン化する触媒基である。7番目の残基はアスパラギン酸であり、その機能はまだ十分に理解されていません。しかし、このアスパラギン酸残基は、すべての MH 族酵素で厳密に保存されているので、重要な役割を持っている必要があります。このアスパラギン酸は、ヒスチジン残基とM2結合部位の金属イオンとの間で、ある種の触媒的三位一体を形成している。Thermotoga maritimaのM42アミノペプチダーゼであるTmPep1050におけるその役割を突然変異アプローチにより評価した。Asp-62はアラニン、アスパラギン、またはグルタミン酸残基で置換された。Asp-62置換はTmPep1050の活性を完全に停止させ、ドデカマー形成を阻害した。また、コバルトイオンが2つではなく1つのサブユニットに1つしか結合しないため、金属イオンの結合も阻害されました。Asp62Alaバリアントの構造は1.5Åで解かれ、この置換が活性部位の折り返しにどのような影響を与えるかを示した。活性部位の重要なループを安定化し、触媒基とM1部位の金属イオンリガンドを正しく配置するために、Asp-62の構造的な役割を提案する。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

The M42 aminopeptidases are a family of dinuclear aminopeptidases widely distributed in Prokaryotes. They are potentially associated to the proteasome, achieving complete peptide destruction. Their most peculiar characteristic is their quaternary structure, a tetrahedron-shaped particle made of twelve subunits. The catalytic site of M42 aminopeptidases is defined by seven conserved residues. Five of them are involved in metal ion binding which is important to maintain both the activity and the oligomeric state. The sixth conserved residue, a glutamate, is the catalytic base deprotonating the water molecule during peptide bond hydrolysis. The seventh residue is an aspartate whose function remains poorly understood. This aspartate residue, however, must have a critical role as it is strictly conserved in all MH clan enzymes. It forms some kind of catalytic triad with the histidine residue and the metal ion of the M2 binding site. We assess its role in TmPep1050, an M42 aminopeptidase of Thermotoga maritima, through a mutational approach. Asp-62 was substituted with alanine, asparagine, or glutamate residue. The Asp-62 substitutions completely abolished TmPep1050 activity and impeded dodecamer formation. They also interfered with metal ion binding as only one cobalt ion is bound per subunit instead of two. The structure of Asp62Ala variant was solved at 1.5 å showing how the substitution has an impact on the active site fold. We propose a structural role for Asp-62, helping to stabilize a crucial loop in the active site and to position correctly the catalytic base and a metal ion ligand of the M1 site. This article is protected by copyright. All rights reserved.

© 2020 Wiley Periodicals, Inc.