II型ジヒドロ葉酸レダクターゼ触媒三元複合体の結晶構造

II型ジヒドロ葉酸レダクターゼ（DHFR）は、細菌DHFR標的抗葉酸薬に対する耐性を付与するプラスミドエンコード酵素です。それは、アクティブサイトとして機能する中央の毛穴を持つ対称ホモットトレーマーを形成します。その異常な構造は、ジヒドロ葉酸（DHF）基質またはNADPH補因子のいずれかを収容する乱交結合表面をもたらし、その基質特異性と反応メカニズムを理解するための努力に大きな制限を構成しました。ここでは、3成分R67 DHFR.DHF.NADP+触媒複合体の最初の構造を1.26 Aに分解します。機能できます。触媒複合体では、2つの対称関連のI68残基の極性骨格原子は、ニコチンアミド環のカルボキサミドと相互作用する認識モチーフと、プテリジン環のN3-O4アミド機能を提供します。この一連の相互作用は、反応性中心が近接して保持されている相対的なエンドジオメトリの基質と補因子の芳香環を運転します。さらに、Y69-Q67-Q67'-Y69 '残基の2つのペアで構成される中央の水素結合ネットワークは、異常にタイトな界面を提供します。水素化物移動。この非常に珍しい酵素がどのように機能するかについての最初の明確な洞察を提供することに加えて、三元複合体の構造は、突然変異的に挑戦した酵素、すなわち、進化が4つの環境に制限されている酵素についての一般的な洞察を提供します。タイムアクティブサイトの突然変異は、この基本的な制限を克服します。

Type II dihydrofolate reductase (DHFR) is a plasmid-encoded enzyme that confers resistance to bacterial DHFR-targeted antifolate drugs. It forms a symmetric homotetramer with a central pore which functions as the active site. Its unusual structure, which results in a promiscuous binding surface that accommodates either the dihydrofolate (DHF) substrate or the NADPH cofactor, has constituted a significant limitation to efforts to understand its substrate specificity and reaction mechanism. We describe here the first structure of a ternary R67 DHFR.DHF.NADP+ catalytic complex, resolved to 1.26 A. This structure provides the first clear picture of how this enzyme, which lacks the active site carboxyl residue that is ubiquitous in Type I DHFRs, is able to function. In the catalytic complex, the polar backbone atoms of two symmetry-related I68 residues provide recognition motifs that interact with the carboxamide on the nicotinamide ring, and the N3-O4 amide function on the pteridine ring. This set of interactions orients the aromatic rings of substrate and cofactor in a relative endo geometry in which the reactive centers are held in close proximity. Additionally, a central, hydrogen-bonded network consisting of two pairs of Y69-Q67-Q67'-Y69' residues provides an unusually tight interface, which appears to serve as a "molecular clamp" holding the substrates in place in an orientation conducive to hydride transfer. In addition to providing the first clear insight regarding how this extremely unusual enzyme is able to function, the structure of the ternary complex provides general insights into how a mutationally challenged enzyme, i.e., an enzyme whose evolution is restricted to four-residues-at-a-time active site mutations, overcomes this fundamental limitation.