NAD+に結合したキシロースレダクターゼの構造と、ファミリー2アルドケト還元酵素における単一および二重の共基質特異性の基礎

報告されたCoordinatesは、アクセッション番号1MI3に基づいてProtein Data Bankに提出されました。キシロースレダクターゼ（XR; AKR2B5）は、キシロースをキシリトールに変換する際に共層としてNADPHとNADHの両方を効率的に利用できる数少ない人の1つであるため、アルドケトレダクターゼスーパーファミリーの珍しいメンバーです。この二重特異性の基礎をよりよく理解するために、結晶学的r-ファクターを備えたNAD（+）の複合体の複合体（+）から1.80 Aの解像度（1 a = 0.1 nm）の複合体のXRの結晶構造を決定しました。18.3％。NAD（+）と以前に決定されたNADP（+）バインドフォームのXRの比較は、XRが2つのループのコンフォメーションを変更する能力を持っていることを明らかにしています。2'-リン酸の有無の両方に対応するために、酵素は、ASN（276）を含むこれらのループでいくつかの異なる側鎖に対して異なる立体構造を採用することができます。また、短い剛性ヘリックスにGlu（227）が存在することも重要であり、アデノシンリボースの2'-ヒドロキシ基と3'-ヒドロキシ基の両方に水素結合を作ります。アデノシンの水素結合の変化に加えて、リボースは紛れもなく、NADP（+）バウンド形式で見られる2'-エンド構造ではなく、3'-エンド構造を採用します。これらの結果は、Aldo-Keto還元酵素の共層としてNADHまたはNADPHを効率的に使用するためのタイトなアデノシン結合の重要性を強調しています。XRで見られる二重特異性は、高脂肪キシロース代謝経路を設計する際の重要な考慮事項でもあり、NADHに特異的な酵素で改善される可能性があります。

The co-ordinates reported have been submitted to the Protein Data Bank under accession number 1MI3. Xylose reductase (XR; AKR2B5) is an unusual member of aldo-keto reductase superfamily, because it is one of the few able to efficiently utilize both NADPH and NADH as co-substrates in converting xylose into xylitol. In order to better understand the basis for this dual specificity, we have determined the crystal structure of XR from the yeast Candida tenuis in complex with NAD(+) to 1.80 A resolution (where 1 A=0.1 nm) with a crystallographic R -factor of 18.3%. A comparison of the NAD(+)- and the previously determined NADP(+)-bound forms of XR reveals that XR has the ability to change the conformation of two loops. To accommodate both the presence and absence of the 2'-phosphate, the enzyme is able to adopt different conformations for several different side chains on these loops, including Asn(276), which makes alternative hydrogen-bonding interactions with the adenosine ribose. Also critical is the presence of Glu(227) on a short rigid helix, which makes hydrogen bonds to both the 2'- and 3'-hydroxy groups of the adenosine ribose. In addition to changes in hydrogen-bonding of the adenosine, the ribose unmistakably adopts a 3'- endo conformation rather than the 2'- endo conformation seen in the NADP(+)-bound form. These results underscore the importance of tight adenosine binding for efficient use of either NADH or NADPH as a co-substrate in aldo-keto reductases. The dual specificity found in XR is also an important consideration in designing a high-flux xylose metabolic pathway, which may be improved with an enzyme specific for NADH.