コブB
NAD依存性タンパク質脱アシラーゼ
CobBタンパク質（虹色、N末端＝青、C末端＝赤）とヒストンH4 （マゼンタ）の一部の複合体の結晶構造。アシル化されたリジン16の側鎖が棒グラフで示されている。[ 1 ]
識別子
生物大腸菌
シンボルコブB
代替記号ECK1106; ycfY
エントレズ945687
PDB1S5P
RefSeq（タンパク質）NP_415638.3
ユニプロットP75960
その他のデータ
EC番号2.3.1.286
染色体ゲノム: 1.18 - 1.18 Mb
検索する
構造スイスモデル
ドメインインタープロ

CobBは、広く保存されたNAD +依存性タンパク質脱アセチル化酵素ファミリーであるサーチュインファミリーに属する細菌タンパク質である。[ 2 ] [ 3 ]

構造

CobBは、広く保存されているNAD+依存性タンパク質脱アセチル化酵素ファミリーであるサーチュインファミリーに属する細菌タンパク質である。[ 2 ] [ 3 ] さらに、CobBは、多くの細菌においてエネルギー代謝、走化性、DNAスーパーコイル形成を制御するSir2ファミリータンパク質脱アセチル化酵素にも含まれる。[ 4 ] CobBの配列長は235である。これは加水分解酵素タンパク質に分類されると考えられる。[ 5 ]

さらに、CobBはアセチルCoA合成酵素（Acs）の脱アセチル化を担っており、活性型リジンが酵素活性を刺激します。しかしながら、アセチルCoAタンパク質は異なる結合基を含むことが観察されています。とはいえ、非相同ヒストンH4基質を含む可能性も示唆されています。古細菌および真核生物のサーチュイン構造と同様に、CobBは亜鉛結合ドメインを含む可能性があり、これはサーチュイン構造による基質特異的結合において重要な特徴です。したがって、細胞に亜鉛結合ドメインが含まれているかどうかを単に観察するだけでは、原核細胞と真核細胞の識別はもはや不可能です。CobBとヒストンH4の複合体を、アセチルCoAと複合体を形成している他のサーチュインタンパク質と比較すると、アセチルリジン側鎖への接触、およびアセチルリジンのC末端側残基とのβシート相互作用は、サーチュイン基質認識における保存された特徴を表していることがわかる。これは発熱反応によって行われると考えられる。しかし、亜鉛基質に注目すると、アセチルCoA合成酵素がCobBに結合すると吸熱反応となり、疎水性表面の形成や、アセチルリジン結合部位から遠位の基質領域に特異的な構造再配​​置が生じることがわかる。[ 5 ] [ 1 ]

関数

これは大腸菌、通称E.coliです。この細菌は生物のマイクロバイオームに存在し、排泄物、汚染された食品や水、さらには土壌や植物の中にも生息しています。研究や観察に最適な生物です。なぜなら、これらがなければ、CobBタンパク質の存在を知ることは決してなかったからです。

生化学的には、タンパク質のアセチル化は最も多く見られる翻訳後修飾の一つであり、多くの重要な生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たします。これは、タンパク質の疎水性、溶解性、表面特性といった特性の変化に寄与します。しかしながら、質量分析法の近年の進歩により、細菌、特に大腸菌には、新たに発見された多くのアセチル化タンパク質とアセチル化部位が存在することが明らかになっています。しかしながら、CobBはこれまでに発見された唯一のタンパク質脱アセチル化酵素です。科学者たちは、細菌中に見出される多くのタンパク質脱アセチル化酵素について、現在も研究を続けています。[ 6 ]

細菌は、毒素や抗毒素に対して反応を示し、細胞プロセスを阻害することで持続状態を引き起こします。持続状態は、定常期およびバイオフィルム培養物からなる細胞の約1%を占める表現型変異体です。この特性により、細菌細胞は抗生物質による治療に耐えることができます。これは遺伝子ではなく、細菌が持つ挙動です。そのため、正常細胞から分離することが困難であり、科学者にとって研究が困難です。[ 7 ]サルモネラ・エンテリカに見られるTacT毒素は、マクロファージにおいて持続状態を誘導することが知られています。これは、アミノアシルtRNAのアセチル化を介して行われます。TacA抗毒素とTacT毒素は複合体として連携し、TacAのアセチル化状態によってTacT活性を調節します。このアセチル化は、残基K44のaで行われ、NAD +によって修飾が除去されます。これはCobBサーチュイン脱アセチル化酵素に依存していると考えられています。TacTとTacAのアセチル化機能により、細菌は生理機能を調節し、あらゆる攻撃から身を守ることができます。例えば、代謝を変化させることができます。CobBがNAD+を導入しなければ、TacAのアセチル化は起こりません。その結果、細菌は宿主の免疫系や、細菌が抵抗する可能性のある抗生物質に対して十分な耐性を持つことができなくなります。[ 8 ]

YiaCとCobBがリジンラクチル化（Kla）と相関関係にあることが、つい最近の新たな研究で明らかになりました。リジンラクチル化は、体内のヒト細胞全体で転写の調節に関与していることが最近の研究で観察されています。しかし、原核生物（細菌）におけるリジンラクチル化の調節機構と機能的結果の特徴づけは依然として不明です。しかし、以下の研究では、代謝の調節において、YiaCはリジンラクチラーゼとして、CobBはリジンデアセチラーゼとして機能することが分かっています。これに加えて、YiaCはリジンラクチル化の付加を触媒し、その間にCobBは細胞内および細胞外でPTMを消去します。この研究では、最終的に446のリジンラクチル化部位がCobBによって標的とされ、79の部位がYiaCによって標的とされていることがわかりました。これらはすべて大腸菌（E. coli）で観察されました。また、リジンラクチル化が代謝酵素に影響を及ぼすことも観察されました。CobBはK382laを調節することでPykFの活性を特異的に調節し、解糖系と細菌の増殖を促進します。研究はさらに進み、リジンラクチル化を調節する酵素と機能ネットワークが特定され、さらにリジンラクチル化が  CobBによって触媒される分子メカニズムを媒介していることが大腸菌における解糖系調節において明らかになりました。[ 9 ]

ヒドロキシイソ酪酸化

これは、リジンがアセチル化され、また脱アセチル化される生化学的プロセスを示しています。リジンは必須アミノ酸であり、人体において重要な役割を担っています。適切な成長、コラーゲンの生成、カルニチンの生成など、様々な役割を果たしています。

最近の研究と原核生物に見られる進化の進歩により、CobB はタンパク質に含まれるアミノ酸であるリジンから Khib (脱 2-ヒドロキシイソ酪酸) と呼ばれる化学修飾を除去する酵素であることがわかっています。Khib は DNA がパッケージ化され発現される方法に影響を与えるヒストン マークの一種です。CobBはリジンから Kac (アセチル化) と呼ばれる別の修飾を除去することもできます。CobBは特殊なペプチド プローブを使用して Khib に結合し、エネルギーを得るために糖を分解するプロセスである解糖系に関与するタンパク質の活性を変化させることができます。研究者らは、99 種類の内因性基質がCobBによって脱 2-ヒドロキシイソ酪酸の標的になることを発見しました。研究者らは、CobB が解糖系の主要酵素であるエノラーゼ (ENO) の機能を変更することによって細菌の増殖に影響を与えることを実証しました。これは、ENO の K343hib と K326ac を同時に除去することによって行われます。調べてみると、CobBはタンパク質からKhibを除去することが知られている最初の酵素であることがわかりました。CobBに関する研究がさらに進み、技術の進歩も進むにつれて、この状況はすぐに変わるかもしれません。[ 10 ]

c-ジGMPの結合

さらなる研究により、普遍的な二次メッセンジャーである c-di-GMP がCobBに強く結合することがわかった。細菌では、 c-di-GMP は細菌の運動性と転写制御において大きな役割を果たしている。科学者らは、この結合を可能にするために大腸菌プロテオソームマイクロアレイを使用した。さらに詳しく調べたところ、タンパク質脱アセチル化アッセイにより、 c-di-GMP がCobB の活動を阻害し、アセチル CoA の生合成を調整することがわかった。驚くべきことに、細菌内で確認されている c-di-GMP の生成は、 DgcZ と呼ばれる酵素によって行われている。これは、 CobBの基質であることが判明した。CobB による DgcZ の脱アセチル化は、実際にはそれぞれの活動を強化して c-di-GMP をさらに生成する。科学者らは、 c-di-GMP の生合成とCobBを介したタンパク質脱アセチル化の両方における負のフィードバックループを強化することに引き続き取り組んでいる。[ 4 ]

タンパク質脱アセチル化酵素

バイオレイヤー干渉法（BLI）は、生体分子の相互作用を測定するためのラベルフリー技術です。この技術は、バイオセンサーの先端に固定化されたタンパク質と内部参照層からなる2つの表面から反射された白色光の干渉パターンを分析します。

科学者たちは現在も、アセチル化タンパク質およびアセチル化部位で発見された多くのタンパク質の同定実験を続けています。比較的最近の研究では、約4000個のアフィニティー精製大腸菌タンパク質を含むプロテオームマイクロアレイを用いて、CobB相互作用分子を同定しました。その結果、183個のタンパク質が高ストリンジェンシーで結合していることが分かりました。さらに解析を進めたところ、これらの相互作用タンパク質は、幅広い細胞機能において多くの役割を果たし、カルボン酸代謝プロセスとヘキソース分解プロセスに大きく関与していることが示されました。さらに、トランスフェラーゼと加水分解酵素にも富んでいることが確認されました。科学者たちは、バイオレイヤー干渉法を用いて相互作用を解析し、推定CobB相互作用分子の速度論的パラメータを定量化することで、実験をさらに進めました。CobBがTopAおよびAccCと強く相互作用できることが明確に示されました。この情報は、 CobBおよびCobBと相互作用することが確認されている他の多くの分子に関する今後の研究の出発点となります。 [ 6 ]

翻訳後修飾

N末端アセチル化

真核細胞内では、N末端アミノ基はNアセチルトランスフェラーゼ（NAT）によって修飾される。タンパク質修飾は標的タンパク質の折り畳みを可能にし、結合相互作用の影響を受ける可能性がある。これらの相互作用には、標的タンパク質と基質の結合を可能にするアロステリックエフェクターによる効果が含まれる可能性があり、これはタンパク質分解の開始とみなされる。CobBは標的タンパク質の例として見ることができる。科学者は、細菌サルモネラ・エンテリカから、同じ細菌に存在するYiacタンパク質によってN末端がアセチル化されたCobBロングアイソフォーム（CobBL）を抽出することに成功した。試験管内および生体内実験の結果は、 YiaCがアセチル化された場合、 CobBロングアイソフォームの脱アセチル化酵素活性が悪影響を受けることをさらに示した。液体クロマトグラフィーは、実験結果からこの結論をさらに裏付けている。[ 11 ]

参考文献

  1. ^ a b PDB : 1S5P ​; Zhao K, Chai X, Marmorstein R (2004年3月). 「大腸菌由来のSir2ホモログタンパク質脱アセチル化酵素cobBの構造と基質結合特性」. Journal of Molecular Biology . 337 (3): 731– 741. doi : 10.1016/j.jmb.2004.01.060 . PMID  15019790 .
  2. ^ a b Starai VJ, Celic I, Cole RN, Boeke JD, Escalante-Semerena JC (2002年12月). 「活性リジンの脱アセチル化によるSir2依存性アセチルCoA合成酵素の活性化」. Science . 298 (5602): 2390– 2392. Bibcode : 2002Sci...298.2390S . doi : 10.1126/science.1077650 . PMID 12493915 . 
  3. ^ a b Schwer B, Verdin E (2008年2月). 「サーチュインの保存された代謝制御機能」 .細胞代謝. 7 (2): 104– 112. doi : 10.1016/j.cmet.2007.11.006 . PMID 18249170 . 
  4. ^ a b Xu Z, Zhang H, Zhang X, Jiang H, Liu C, Wu F, et al. (2019年9月). 「細菌性タンパク質脱アセチル化酵素CobBとセカンドメッセンジャーc-di-GMPの相互作用」 . The EMBO Journal . 38 (18) e100948. doi : 10.15252/embj.2018100948 . PMC 6745502. PMID 31418899 .  
  5. ^ a b Bank, RCSB Protein Data. 「RCSB PDB - 1S5P: 大腸菌由来のSir2ホモログタンパク質脱アセチル化酵素cobBの構造と基質結合特性」 www.rcsb.org . 2023年11月12日閲覧。
  6. ^ a b Liu CX、Wu FL、Jiang HW、He X、Guo SJ、Tao SC (2014 年 7 月)。 「大腸菌プロテオームマイクロアレイによるCobBインタラクターの世界的同定」。Acta Biochimica および Biophysica Sinica。46 (7): 548–555 .土井: 10.1093/abbs/gmu038。PMID 24907045。 
  7. ^ Shah D, Zhang Z, Khodursky A, Kaldalu N, Kurg K, Lewis K (2006年6月). 「持続性：大腸菌の明確な生理学的状態」 . BMC Microbiology . 6 : 53. doi : 10.1186/1471-2180-6-53 . PMC 1557402. PMID 16768798 .  
  8. ^ VanDrisse CM, Parks AR, Escalante-Semerena JC (2017年5月). 「サルモネラ菌の持続性に関わる毒素は、同族抗毒素をアセチル化することでその活性を制御し、この修飾はCobBサーチュイン脱アセチル化酵素によって解除される」 . mBio . 8 (3): e00708–17. doi : 10.1128/mBio.00708-17 . PMC 5449658. PMID 28559487 .  
  9. ^ Dong H, Zhang J, Zhang H, Han Y, Lu C, Chen C, et al. (2022年11月). 「YiaCとCobBは大腸菌におけるリジンラクチル化を制御する」 . Nature Communications . 13 (1): 6628. Bibcode : 2022NatCo..13.6628D . doi : 10.1038/s41467-022-34399 - y . PMC 9636275. PMID 36333310. S2CID 253269456 .   
  10. ^ Dong H, Zhai G, Chen C, Bai X, Tian S, Hu D, et al. (2019年7月). 「原核生物におけるCobBによるタンパク質リジンの脱2-ヒドロキシイソ酪酸化」 . Science Advances . 5 (7) eaaw6703. Bibcode : 2019SciA....5.6703D . doi : 10.1126/sciadv.aaw6703 . PMC 6636992. PMID 31328167 .  
  11. ^ Parks AR, Escalante-Semerena JC (2020年7月). 「細菌性CobBサーチュイン脱アシラーゼ活性のN末端アセチル化による調節」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 117 (27): 15895– 15901. Bibcode : 2020PNAS..11715895P . doi : 10.1073 / pnas.2005296117 . PMC 7354945. PMID 32571932 .  
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=CobB&oldid=1332556235」から取得