UDP-N-アセチルグルコサミン2-エピメラーゼの構造は、ホスホグリコシルトランスフェーゼとの相同性を明らかにします

UDP-N-アセチルグルコサミン（UDP-GLCNAC）のC-2での可逆的なエピマー化を触媒し、それにより、UDP-N-アセチルマンノサミン（UDP-MannAC）を添加し、マンナックドナーのdonorのドナーのドナーの供与性ドナーであるUDP-N-アセチルマンノサミン（UDP-GLCNAC）を提供し、バクテリアルバクテリアのUDP-N-アセチルグルコサミン2-エピメラーゼを触媒します。。マンナックは、肺炎球菌タイプ19Fおよび19aなどの病原体の抗菌細胞嚢胞多糖の形成を含む、細菌のいくつかのプロセスにとって重要です。結合したUDPを備えたUDP-GLCNAC 2-エピメラーゼのX線構造（2.5 A）を決定し、酵素グリコーゲンホスホリラーゼおよびT4ファージベータ - グルコシルトランスフェラーゼと以前に疑われていない構造相同性を特定しました。これらのホスホグリコシルトランスフェーゼとの関係は、触媒メカニズムの類似性の可能性の観点から非常に興味深いものです。具体的には、この観察結果は、UDP-GLCNAC 2-エピメラーゼ触媒の除去とグリカル中間体へのUDPの再順応が、重要なオキソカルベニウムイオン様特性を備えた遷移状態を介して進行する可能性があるという提案と一致しています。ホモダイマーエピメラーゼは、ドメインインターフェイスの深い裂け目にあるアクティブサイトを持つ、2つの類似したアルファ/ベータ/アルファサンドイッチドメインで構成されています。非対称ユニットの複数のコピーの比較により、エピメラーゼが調節メカニズムに関係する10度のドメイン間回転を受けることができることが明らかになりました。構造ベースの配列アラインメントは、C-2でのプロトン移動に関与する可能性のある活性部位のいくつかの基本残基または提案されたオキソカルベニウムイオン様遷移状態の安定化を特定しました。細菌エピメラーゼの構造に対するこの洞察は、シアル酸生合成経路の速度決定ステップを触媒する二能性哺乳類のUDP-GlcNACの相同N末端ドメインに適用できます。

Bacterial UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase catalyzes the reversible epimerization at C-2 of UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc) and thereby provides bacteria with UDP-N-acetylmannosamine (UDP-ManNAc), the activated donor of ManNAc residues. ManNAc is critical for several processes in bacteria, including formation of the antiphagocytic capsular polysaccharide of pathogens such as Streptococcus pneumoniae types 19F and 19A. We have determined the X-ray structure (2.5 A) of UDP-GlcNAc 2-epimerase with bound UDP and identified a previously unsuspected structural homology with the enzymes glycogen phosphorylase and T4 phage beta-glucosyltransferase. The relationship to these phosphoglycosyl transferases is very intriguing in terms of possible similarities in the catalytic mechanisms. Specifically, this observation is consistent with the proposal that the UDP-GlcNAc 2-epimerase-catalyzed elimination and re-addition of UDP to the glycal intermediate may proceed through a transition state with significant oxocarbenium ion-like character. The homodimeric epimerase is composed of two similar alpha/beta/alpha sandwich domains with the active site located in the deep cleft at the domain interface. Comparison of the multiple copies in the asymmetric unit has revealed that the epimerase can undergo a 10 degrees interdomain rotation that is implicated in the regulatory mechanism. A structure-based sequence alignment has identified several basic residues in the active site that may be involved in the proton transfer at C-2 or stabilization of the proposed oxocarbenium ion-like transition state. This insight into the structure of the bacterial epimerase is applicable to the homologous N-terminal domain of the bifunctional mammalian UDP-GlcNAc "hydrolyzing" 2-epimerase/ManNAc kinase that catalyzes the rate-determining step in the sialic acid biosynthetic pathway.