セリンエステラーゼ/リパーゼのGDSLファミリー

GDSLエステラーゼとリパーゼは、広範な基質特異性やレジオ特異性などの多機能特性を持つ加水分解酵素です。それらは、医薬品、食物、生化学、および生物学的関心の重要なエステル化合物の加水分解と合成に使用する可能性があります。脂肪分解酵素のこの新しいサブクラスは、多くのリパーゼに見られるGXSXGモチーフとは異なる明確なGDSL配列モチーフを所有しています。一般的なリパーゼとは異なり、GDSL酵素にはいわゆる求核肘がありません。研究によると、GDSLヒドロラーゼには、Koshlandが提案した誘導フィットメカニズムと同様に、異なる基質の存在と結合との立体構造を変化させると思われる柔軟な活性部位があることが示されています。GDSL酵素の一部には、チオエステラーゼ、プロテアーゼ、アリールエステラーゼ、リソホスロスリパーゼ活性がありますが、同様の分子量を持つ同じタンパク質（ほとんどのエステラーゼの場合は約22-60 kDa）のように見えますが、いくつかはより高い見かけの分子量を持つグリコシル化部位が複数あります。。GDSL酵素には、それぞれ5つのコンセンサス配列（I-V）と4つの不変の重要な触媒残基、Gly、ASN、およびそれぞれブロックI、II、III、およびVにあります。オキシアニオン構造は、SGNH-ヒドロラーゼのスーパーファミリーまたはサブファミリーとしてのこれらの酵素の新しい指定をもたらしました。系統発生分析により、SGNH-ヒドロラーゼに属するブロックIIAはクレードIでのみ見つかりました。したがって、このヒドロラーゼファミリーは、脂肪分解酵素の収束進化の新しい例を表しています。これらの酵素は、真のリパーゼとの配列相同性がほとんどありません。脂肪分解酵素のGDSLサブファミリーのもう1つの重要な区別機能は、GXSXGモチーフが中心近くにある他のリパーゼとは異なり、セリン含有モチーフがN末端に近いことです。これらのサブクラスまたはリパーゼのサブファミリーの最初の分類はGDSL（S）ヒドロラーゼとして分類されて以来、コンセンサスシーケンス、結晶構造、活性部位とオキシアニオンの残基、二次構造、触媒のメカニズム、および立体構造変化の理解を決定する進歩がなされています。それにもかかわらず、in vivo生物学的機能、3-D構造、この酵素のグループが多くの異なる基質を利用するために進化した方法、および反応のメカニズムをよりよく理解するためには、まだ多くのことをする必要があります。最終的な大規模生産と用途につながる他の宿主（特に食品グレードの微生物）における基質特異性、エナンチオ選択性、特定の活動、熱安定性、および異種発現を改善するには、タンパク質工学が必要です。このレビューが、これらのユニークな酵素の用途を研究して見つけるために、研究者と業界の間で関心を再燃させることを願っています。

GDSL esterases and lipases are hydrolytic enzymes with multifunctional properties such as broad substrate specificity and regiospecificity. They have potential for use in the hydrolysis and synthesis of important ester compounds of pharmaceutical, food, biochemical, and biological interests. This new subclass of lipolytic enzymes possesses a distinct GDSL sequence motif different from the GxSxG motif found in many lipases. Unlike the common lipases, GDSL enzymes do not have the so called nucleophile elbow. Studies show that GDSL hydrolases have a flexible active site that appears to change conformation with the presence and binding of the different substrates, much like the induced fit mechanism proposed by Koshland. Some of the GDSL enzymes have thioesterase, protease, arylesterase, and lysophospholipase activity, yet they appear to be the same protein with similar molecular weight ( approximately 22-60 kDa for most esterases), although some have multiple glycosylation sites with higher apparent molecular weight. GDSL enzymes have five consensus sequence (I-V) and four invariant important catalytic residues Ser, Gly, Asn, and His in blocks I, II, III, and V, respectively. The oxyanion structure led to a new designation of these enzymes as SGNH-hydrolase superfamily or subfamily. Phylogenetic analysis revealed that block IIA which belonged to the SGNH-hydrolases was found only in clade I. Therefore, this family of hydrolases represents a new example of convergent evolution of lipolytic enzymes. These enzymes have little sequence homology to true lipases. Another important differentiating feature of GDSL subfamily of lipolytic enzymes is that the serine-containing motif is closer to the N-terminus unlike other lipases where the GxSxG motif is near the center. Since the first classification of these subclass or subfamily of lipases as GDSL(S) hydrolase, progress has been made in determining the consensus sequence, crystal structure, active site and oxyanion residues, secondary structure, mechanism of catalysis, and understanding the conformational changes. Nevertheless, much still needs to be done to gain better understanding of in vivo biological function, 3-D structure, how this group of enzymes evolved to utilize many different substrates, and the mechanism of reactions. Protein engineering is needed to improve the substrate specificity, enantioselectivity, specific activity, thermostability, and heterologous expression in other hosts (especially food grade microorganisms) leading to eventual large scale production and applications. We hope that this review will rekindle interest among researchers and the industry to study and find uses for these unique enzymes.