シアノトキシンアナトキシン-Aの生合成に関与するプロリルアシル担体タンパク質オキシダーゼの構造A

アナトキシンAおよびホモアナトキシン-Aは、ポリケチドシンターゼを含む短い経路によってL-プロリンから生合成された2つの強力なシアノバクテリア神経毒です。プロリンは、最初にアシルキャリアタンパク質であるANADに積み込まれ、プロリルアナドはフラボタンパク質ANABによって1-ピロリン-5-カルボキシル - アナドに酸化されます。その後、3つのポリケチドシンターゼがこのイミンをアナトキシンAまたはホモアナトキシンAに変換します。ANABはホロの形で結晶化し、その3次元構造は2.8Åの解像度でX線回折によって決定されました。ANABはホモットトレーマーであり、その折り目はアシルCoAデヒドロゲナーゼ（ACADS）の折り目と非常に似ています。ANABのアクティブサイト塩基であるGlu244は、ヒトイソバリル - コアデヒドロゲナーゼのそれと非常によく重ねられ、以前の部位指向の突然変異誘発実験と機構的提案を確認しました。ANABの基質結合部位は小さく、プロリンのピロリジン環に取り付けられる可能性があります。しかし、電子輸送タンパク質を使用するACADとは対照的に、ANABはアシルCoAオキシダーゼのように、電子受容体として分子酸素を使用します。ANABおよびいくつかのホモログで、FADの周りの溶媒にアクセス可能な表面積の計算により、ANABの方がホモログよりも著しく大きいことが示されました。ANABのFAD近くのプロトン化されたヒスチジンは、酸素活性化に関与する可能性があります。さらに、ANAB構造で検出された水分子の配列は、FADに向かって分子酸素の可能な経路を示唆しています。これは、アナブがデヒドロゲナーゼではなくオキシダーゼであることと一致しています。ANABの構造は、プロリルACPオキシダーゼについて最初に記述されたものであり、フラボ酵素の酸素反応性の原因となる構造的基礎の定義に寄与します。

Anatoxin-a and homoanatoxin-a are two potent cyanobacterial neurotoxins biosynthesized from L-proline by a short pathway involving polyketide synthases. Proline is first loaded onto AnaD, an acyl carrier protein, and prolyl-AnaD is then oxidized to 1-pyrroline-5-carboxyl-AnaD by a flavoprotein, AnaB. Three polyketide synthases then transform this imine into anatoxin-a or homoanatoxin-a. AnaB was crystallized in its holo form and its three-dimensional structure was determined by X-ray diffraction at 2.8 Å resolution. AnaB is a homotetramer and its fold is very similar to that of the acyl-CoA dehydrogenases (ACADs). The active-site base of AnaB, Glu244, superimposed very well with that of human isovaleryl-CoA dehydrogenase, confirming previous site-directed mutagenesis experiments and mechanistic proposals. The substrate-binding site of AnaB is small and is likely to be fitted for the pyrrolidine ring of proline. However, in contrast to ACADs, which use an electron-transport protein, AnaB uses molecular oxygen as the electron acceptor, as in acyl-CoA oxidases. Calculation of the solvent-accessible surface area around the FAD in AnaB and in several homologues showed that it is significantly larger in AnaB than in its homologues. A protonated histidine near the FAD in AnaB is likely to participate in oxygen activation. Furthermore, an array of water molecules detected in the AnaB structure suggests a possible path for molecular oxygen towards FAD. This is consistent with AnaB being an oxidase rather than a dehydrogenase. The structure of AnaB is the first to be described for a prolyl-ACP oxidase and it will contribute to defining the structural basis responsible for oxygen reactivity in flavoenzymes.