PP2CαにおけるM2金属イオンの触媒の役割

PP2Cファミリーホスファターゼ（タンパク質ホスファターゼのタイプ2Cファミリー、または金属依存性ホスファターゼ、PPM）は、多くの基本的な生命活動を調節する重要なクラスのシグナル伝達酵素を構成します。すべてのPP2Cファミリーメンバーは、触媒に不可欠な保存された二核金属イオン活性中心を持っています。ただし、触媒作用中の各金属イオンの触媒の役割はとらえどころのないままです。この研究では、PP2Cα（PPM1A）の構造的に埋められたD38残基の変異が活性部位の水媒介水素ネットワークを再定義し、M2金属イオン結合を選択的に破壊することを発見しました。PP2CαのD38AおよびD38K変異を酵素学分析と組み合わせた特定のツールとして使用して、我々の結果は、M2金属イオンが基質加水分解の速度制限ステップを測定し、Dianion基質結合に関与し、P-O結合クリーバージの後に離脱グループを安定させることを実証しました。このファミリーにおけるM2金属イオンの新たに特徴付けられた触媒の役割は、PP2Cホスファターゼの二核金属中心が効率的な触媒のために組織化されているだけでなく、PP2Cファミリーメンバーの機能と基質特異性の理解を高めるのに役立つだけでなく、洞察を提供するだけではありません。

PP2C family phosphatases (the type 2C family of protein phosphatases; or metal-dependent phosphatase, PPM) constitute an important class of signaling enzymes that regulate many fundamental life activities. All PP2C family members have a conserved binuclear metal ion active center that is essential for their catalysis. However, the catalytic role of each metal ion during catalysis remains elusive. In this study, we discovered that mutations in the structurally buried D38 residue of PP2Cα (PPM1A) redefined the water-mediated hydrogen network in the active site and selectively disrupted M2 metal ion binding. Using the D38A and D38K mutations of PP2Cα as specific tools in combination with enzymology analysis, our results demonstrated that the M2 metal ion determines the rate-limiting step of substrate hydrolysis, participates in dianion substrate binding and stabilizes the leaving group after P-O bond cleavage. The newly characterized catalytic role of the M2 metal ion in this family not only provides insight into how the binuclear metal centers of the PP2C phosphatases are organized for efficient catalysis but also helps increase our understanding of the function and substrate specificity of PP2C family members.