E の α/β インターフェースにおけるコンフォメーション運動と水網コリ・リボヌクレオチド・リデュークタゼ

Clorice R Reinhardt¹, Pengfei Li², Gyunghoon Kang^3,4

¹Department of Molecular Biophysics and Biochemistry, Yale University, New Haven Connecticut 06520, United States.

Journal of the American Chemical Society

|July 8, 2020

まとめ

リボヌクレオチド還元酵素 (RNR) はDNA合成に不可欠である. 分子ダイナミクスのシミュレーションにより,Y356とY731の残留物が,E. coliのRNRインターフェイスで陽子結合電子転送 (PCET) を通して,インターフェイスの水分子を巻き込むことを明らかにした.

科学分野:

生物化学
構造生物学
コンピュータ生物学

背景:

リボヌクレオチド還元酵素 (RNRs) は,リボヌクレオチドをデオキシリボヌクレオチドに変換するDNA合成に必要な酵素である.
活性E. coli Ia RNRはα2β2複合体で,その触媒はα/βインターフェースのプロトン結合電子移転 (PCET) を通して基幹転移を伴う.
RNRインターフェイスにおけるPCETの正確なメカニズム,特に特定の残留物と水分子の役割は,構造データが限られているため,まだ十分に理解されていません.

研究の目的:

E. coli RNR α/β インターフェースの PCET 経路に沿っての原子レベルでの基幹転移のメカニズムを解明する.
インターフェイス残留物 (Y356とY731) とインターフェイス水の構造的動態,水素結合相互作用,および構造的柔軟性を調査する.
PCETを促進する際のインターフェイス水の役割に関する洞察を提供すること.

主な方法:

活性E. coli Ia RNR α2β2複合体の高解像度冷凍電子顕微鏡構造で分子動力学 (MD) のシミュレーションを行った.
主要なチロシン残留物 (Y731) とその相互作用を分析するために,自由エネルギーシミュレーションを使用した.
分析は,水界構造,水素結合ネットワーク,および提案されたPCET経路に沿った残留ダイナミクスに焦点を当てた.

主要な成果:

シミュレーションにより,Y731は,Y356とY730とのPCETを容易にするために,異なる形状を採用することが明らかになった.
Y356とY731は,交差点の水分子と水素結合の相互作用をしており,いくつかの形状は共有の橋渡し水分子を示しています.
表面の水分子と水素結合水鎖は,Y356とY731の間のPCETを媒介する主要な陽子受容体として作用する.

結論:

Y731の形状の柔軟性と,Y356,Y731と界面水を含む水素結合相互作用は,効率的な基質転移に不可欠である.
インターフェッショナル・ウォーターは,E. coli RNRの陽子結合電子移転機構において重要な役割を果たします.
これらの発見は,実験データと一致する原子レベルの機械的洞察を提供し,RNR機能の理解を深めています.

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