筋肉フルクトース-1,6-ビスホスファターゼのTからRスイッチには、二次および第四紀構造の根本的な変化が含まれます

フルクトース-1,6-ビスホスファターゼ（FbPase）は、フルクトース1,6-ビスリン酸の加水分解をフルクトース6-リン酸に触媒し、グルコノン形成と糖形成の重要な酵素であり、より一般的には、エネルギー代謝とグルコース恒常性の制御の重要な酵素です。脊椎動物、特にHOMO SAPIENSは、2つのFBPaseアイソフォームを発現します。肝臓のアイソザイムは、主に糖新生臓器で発現し、グルコース合成の調節因子として機能します。筋肉アイソフォームはすべての細胞で発現しており、最近の研究では、さまざまな核およびミトコンドリアタンパク質と相互作用できるため、その役割が酵素機能をはるかに超えていることが実証されています。その酵素機能においてさえ、筋肉酵素は肝臓のアイソフォームとは異なります。これは、AMPによるアロステリック阻害の影響を100倍にし、この効果はアルドラーゼとの複合体形成によって廃止される可能性があるためです。すべてのFBPaseは、上部二量体と下ダイマーの2つの親密な二量体で構成されるホモットターマーです。それらは、2つの立体構造状態の間で振動します：AMPと複雑な場合の非アクティブなT形とアクティブR形式。括弧で囲まれているのは、細菌のFBPaseが多少異なって行動することに注意してください。また、比較的高い濃度でも、アロステリック活性化因子が四量体型均衡に存在することは注意されています。[Hines et al。（2007）、J。Biol。化学。282、11696-11704]。TからRの遷移は、T形で「解放」され、触媒メカニズムに参加できないキーループL2の立体構造と相関しています。両方のアイソフォームのt状態は非常に似ており、下ダイマーに対して上部二量体の小さなねじれがあります。平坦である肝臓酵素のよく研究されているr形式と分散して、筋肉酵素のr形式は正常に異なり、上二量体と下二量体の垂直方向を持つことが示されています。筋肉 - イソザイムR形の結晶構造は、この四量体の配置では、さまざまな細胞および酵素パートナーとの相互作用の標的となる可能性が最も高いと思われる完全に新しいタンパク質表面が露出していることを示しています。十字形のR構造は、新規「ロイシンロック」によって安定化されており、これにより、キー残留物であるASP187が解放された立体構造にループL2をロックすることを防ぎます。さらに、アンプの有無にかかわらず、T対R遷移の筋肉FBPaseの結晶構造は、T-T-R遷移が複数の中間状態を介した平衡滑らかな遷移のシフトではなく、離散ジャンプであることを強く示唆しています。最後に、ヒト筋肉FBPaseの3つの結晶構造からのスナップショットを使用して、AMP結合イベントがタンパク質のN末端でのβ→α遷移と新しいヘリカル構造の形成と相関していることが最終的に実証されています。

Fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase) catalyzes the hydrolysis of fructose 1,6-bisphosphate to fructose 6-phosphate and is a key enzyme of gluconeogenesis and glyconeogenesis and, more generally, of the control of energy metabolism and glucose homeostasis. Vertebrates, and notably Homo sapiens, express two FBPase isoforms. The liver isozyme is expressed mainly in gluconeogenic organs, where it functions as a regulator of glucose synthesis. The muscle isoform is expressed in all cells, and recent studies have demonstrated that its role goes far beyond the enzymatic function, as it can interact with various nuclear and mitochondrial proteins. Even in its enzymatic function, the muscle enzyme is different from the liver isoform, as it is 100-fold more susceptible to allosteric inhibition by AMP and this effect can be abrogated by complex formation with aldolase. All FBPases are homotetramers composed of two intimate dimers: the upper dimer and the lower dimer. They oscillate between two conformational states: the inactive T form when in complex with AMP, and the active R form. Parenthetically, it is noted that bacterial FBPases behave somewhat differently, and in the absence of allosteric activators exist in a tetramer-dimer equilibrium even at relatively high concentrations. [Hines et al. (2007), J. Biol. Chem. 282, 11696-11704]. The T-to-R transition is correlated with the conformation of the key loop L2, which in the T form becomes `disengaged' and unable to participate in the catalytic mechanism. The T states of both isoforms are very similar, with a small twist of the upper dimer relative to the lower dimer. It is shown that at variance with the well studied R form of the liver enzyme, which is flat, the R form of the muscle enzyme is diametrically different, with a perpendicular orientation of the upper and lower dimers. The crystal structure of the muscle-isozyme R form shows that in this arrangement of the tetramer completely new protein surfaces are exposed that are most likely targets for the interactions with various cellular and enzymatic partners. The cruciform R structure is stabilized by a novel `leucine lock', which prevents the key residue, Asp187, from locking loop L2 in the disengaged conformation. In addition, the crystal structures of muscle FBPase in the T conformation with and without AMP strongly suggest that the T-to-R transition is a discrete jump rather than a shift of an equilibrium smooth transition through multiple intermediate states. Finally, using snapshots from three crystal structures of human muscle FBPase, it is conclusively demonstrated that the AMP-binding event is correlated with a β→α transition at the N-terminus of the protein and with the formation of a new helical structure.