酵素反応の高速な動きを原子レベルで可視化する新規計測技術の開発~脱ユビキチン化反応の新たな分子機構を明らかに~

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2025-08-08 東京都立大学

東京都立大学らの研究チームは、NMR分光法を応用した新しい計測・解析技術を開発し、酵素の高速構造変化を原子レベルで可視化することに成功した。酵母由来の脱ユビキチン化酵素YUH1を解析し、N末端領域「ゲーティングリッド」がユビキチンを投げ縄のように捕捉し、活性部位へ導く新たな認識機構を発見。この柔軟な動きが酵素活性に必須であることを実証した。本成果は酵素機能の動的理解を飛躍的に進展させ、創薬や疾患治療標的探索への応用が期待される。

酵素反応の高速な動きを原子レベルで可視化する新規計測技術の開発~脱ユビキチン化反応の新たな分子機構を明らかに~
図1.酵素反応の反応モデル
多くの酵素は反応部位の構造が変化することで、基質(反応物)を捉え、分子同士の結合や切断などの反応を起こす。この構造変化は多くの場合、非常に高速(ミリ秒)で大きな変化なので、この変化を正確にとらえることは難しい。

<関連情報>

多状態構造決定と動力学解析により、ユビキチンC末端ヒドロラーゼにおける独自のユビキチン認識メカニズムが明らかに Multistate Structure Determination and Dynamics Analysis Reveals a Unique Ubiquitin-Recognition Mechanism in Ubiquitin C-terminal Hydrolase

Mayu Okada,Yutaka Tateishi,Eri Nojiri,Tsutomu Mikawa,Sundaresan Rajesh,Hiroki Ogasa,Takumi Ueda,Hiromasa Yagi,Toshiyuki Kohno,Takanori Kigawa,Ichio Shimada,Peter Güntert,Yutaka Ito,and Teppei Ikeya
Journal of the American Chemical Society  Published: August 6, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c06502

Abstract

Despite accumulating evidence that protein dynamics is indispensable for understanding the structural basis of biological activities, it remains challenging to visualize the spatial description of the dynamics and to associate transient conformations with their molecular functions. We have developed a new NMR protein structure determination method for the inference of multistate conformations using multiple types of NMR data, including paramagnetic NMR and residual dipolar couplings, as well as conventional NOEs. Integration of these data in the structure calculation permits delineating accurate ensemble structures of biomacromolecules. Applying the method to yeast ubiquitin hydrolase 1, we find large dynamics of its N-terminus (gating lid) and crossover loop surrounding the active site for ubiquitin-recognition and proteolysis. The N-terminus (gating lid) moves into and out of the crossover loop, suggesting their underlying functional significance. Our results, including those from biochemical analysis, show that large motion surrounding the active site contributes strongly to the efficiency of the enzymatic activity.

生物化学工学
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