哺乳類のグルタミンシンテターゼの結晶構造は、基質誘導の立体構造の変化を示し、薬物と除草剤の設計の機会を提供します

グルタミンシンテターゼ（GS）は、グルタミン酸とアンモニアの結紮を触媒して、ATPの付随する加水分解を伴うグルタミンを形成します。哺乳類では、この活性は細胞毒性アンモニアを排除し、同時に神経毒性グルタミン酸を無害なグルタミンに変換します。GS活性の変化とアルツハイマー病などの神経変性障害の間には多くのリンクがあります。植物では、アンモニアの同化と再同化におけるその重要性のため、酵素はいくつかの除草剤の標的です。GSは、細菌の窒素代謝と潜在的な薬物標的の中心成分でもあります。以前の研究では、細菌および植物GSSの構造を調査していました。現在の出版物では、哺乳類GSSの最初の構造を報告します。犬の酵素のアポ型は分子補充によって解決され、3 Aの分解能で洗練されました。ヒトグルタミン合成酵素の2つの構造は、a）リン酸、ADP、およびマンガン、およびb）阻害剤メチオニンのリン酸化型の複合体を表します。スルホキシミン、ADPおよびマンガン;これらの構造は、それぞれ2.05 Aと2.6 Aの解像度を改善しました。活性部位の近くのループの動きは、基質が結合したときに真核生物酵素のより閉じた形態を生成します。最大の変化は、ヌクレオチドの結合に関連しています。以前の構造との比較は、ヒト酵素または細菌酵素のいずれかに特に向けられた薬物の設計の基礎を提供します。アミノ酸基質の結合部位は、細菌および真核生物のGSSで高度に保存されていますが、ヌクレオチド結合部位ははるかに大きく異なります。したがって、後者のサイトは、特定の薬物設計に最適なターゲットを提供します。哺乳類と植物の酵素の違いははるかに微妙であり、GSを標的とする除草剤を慎重に設計する必要があることを示唆しています。

Glutamine synthetase (GS) catalyzes the ligation of glutamate and ammonia to form glutamine, with concomitant hydrolysis of ATP. In mammals, the activity eliminates cytotoxic ammonia, at the same time converting neurotoxic glutamate to harmless glutamine; there are a number of links between changes in GS activity and neurodegenerative disorders, such as Alzheimer's disease. In plants, because of its importance in the assimilation and re-assimilation of ammonia, the enzyme is a target of some herbicides. GS is also a central component of bacterial nitrogen metabolism and a potential drug target. Previous studies had investigated the structures of bacterial and plant GSs. In the present publication, we report the first structures of mammalian GSs. The apo form of the canine enzyme was solved by molecular replacement and refined at a resolution of 3 A. Two structures of human glutamine synthetase represent complexes with: a) phosphate, ADP, and manganese, and b) a phosphorylated form of the inhibitor methionine sulfoximine, ADP and manganese; these structures were refined to resolutions of 2.05 A and 2.6 A, respectively. Loop movements near the active site generate more closed forms of the eukaryotic enzymes when substrates are bound; the largest changes are associated with the binding of the nucleotide. Comparisons with earlier structures provide a basis for the design of drugs that are specifically directed at either human or bacterial enzymes. The site of binding the amino acid substrate is highly conserved in bacterial and eukaryotic GSs, whereas the nucleotide binding site varies to a much larger degree. Thus, the latter site offers the best target for specific drug design. Differences between mammalian and plant enzymes are much more subtle, suggesting that herbicides targeting GS must be designed with caution.