Calothrix SP PCC 6303からのマロン酸セミアルデヒドデカルボキシラーゼ様タンパク質の運動、阻害、および構造特性

アミノ末端プロリン（PRO1）は、タオトメラーゼスーパーファミリー（TSF）酵素にとって長い間、機械的な命令であると考えられており、すべての特徴づけられた反応で一般的な塩基または酸として機能しています。ただし、TSFの11,000を超える非冗長シーケンスのグローバルな調査では、Pro1を欠く346シーケンスが明らかになりました。大多数（〜85％）は、294シーケンスのほとんどが別のクラスターを形成するマロン酸セミアルデヒドデカルボキシラーゼ（MSAD）サブグループに見られます。このクラスター内の4つのシーケンスはPro1を保持します。これらの4つの配列は、Pro1なしで近くの配列の活動の識別と特性評価を支援する手がかりを提供する可能性があるため、動力学、阻害、および結晶学的研究によって調べられました。4つの中で最も有望なもの（Calothrixsp。PCC6303に指定437から）は、デカルボキシラーゼおよびタトメラーゼ活性を示し、3-ブロモプロポロート酸によるPro1で共有結合しました。APO酵素（2.35Å分解能）について結晶構造が得られました。Pro1を備えた3-オキソプロパノ酸塩付加物の形成は、結合リガンドの分子モデルを構築する手がかりを提供します。モデル化されたリガンドは、3つの残基（Lys37、Arg56、Glu98）との相互作用を可能にする領域に拡張され、これらの残基が観察された脱炭酸作用と張力化活性に役割を果たすことができることを示唆しています。さらに、これらの同じ残基は、シーケンス類似性ネットワークの近くの16の非Pro1シーケンスで保存されています。これまでのところ、これらの残基は他のTSFメンバーのメカニズムに関係していません。収集された観測は、非Pro1シーケンスの特性評価の出発点を提供します。

The amino-terminal proline (Pro1) has long been thought to be a mechanistic imperative for tautomerase superfamily (TSF) enzymes, functioning as a general base or acid in all characterized reactions. However, a global examination of more than 11,000 nonredundant sequences of the TSF uncovered 346 sequences that lack Pro1. The majority (∼85%) are found in the malonate semialdehyde decarboxylase (MSAD) subgroup where most of the 294 sequences form a separate cluster. Four sequences within this cluster retain Pro1. Because these four sequences might provide clues to assist in the identification and characterization of activities of nearby sequences without Pro1, they were examined by kinetic, inhibition, and crystallographic studies. The most promising of the four (from Calothrix sp. PCC 6303 designated 437) exhibited decarboxylase and tautomerase activities and was covalently modified at Pro1 by 3-bromopropiolate. A crystal structure was obtained for the apo enzyme (2.35 Å resolution). The formation of a 3-oxopropanoate adduct with Pro1 provides clues to build a molecular model for the bound ligand. The modeled ligand extends into a region that allows interactions with three residues (Lys37, Arg56, Glu98), suggesting that these residues can play roles in the observed decarboxylation and tautomerization activities. Moreover, these same residues are conserved in 16 nearby, non-Pro1 sequences in a sequence similarity network. Thus far, these residues have not been implicated in the mechanisms of any other TSF members. The collected observations provide starting points for the characterization of the non-Pro1 sequences.