メタノバクチン

メタノバクチン（mb）は、銅結合性で還元性の発色団ペプチドの一種であり、メタン資化性細菌メチロコッカス・カプスラタス・バス（ Methylococcus capsulatus Bath）で初めて同定され、その後、膜結合型または粒子状メタンモノオキシゲナーゼ（pMMO）の単離中にメチロシヌス・トリコスポリウムOB3bでも同定された。 [1]メタノバクチンは、メタンをメタノールに酸化する触媒作用を持つ最初の酵素であるメタンモノオキシゲナーゼの重要な成分である銅をリクルートするために細胞外培地に分泌されると考えられている。メタノバクチンは、鉄シデロフォアと同様に、銅（II）または銅（I）に結合して銅を細胞内に運ぶカルコフォアとして機能する。メタノバクチンはCu(I)との結合親和性が極めて高く、pH 8でのK dは約10 20 M −1である。 [2] さらに、メタノバクチンは細胞毒性のあるCu(II)をpMMOで使用される形態のCu(I)に還元することができる。[3]さらに、他のII型メタノトローフによって生成される分子が同様に銅(II)に結合して銅(I)に還元することが発見されたことを踏まえると、異なる種のメタノバクチンが生物圏に遍在しているという仮説が立てられている。[1]

メタノバクチンの菌株

OB3b

メタノバクチンOB3b. PDB 2xji [2]

メタノバクチンOB3bは、広く研究されているメタノバクチンです。金属イオンを含まない状態での分子量は1154 Daです。OB3bは9つのアミノ酸残基と2つのオキサゾロン環で構成されており、銅イオンとの結合に関与しています。[4] [5]オキサゾロン環は低pH条件下で切断されやすく、環に結合していた金属イオンは遊離します。銅は、2つのオキサゾロン環と2つの修飾エンチオール基からなる四座配位結合部位に結合し、還元されます。[4]特に、メタノバクチンOB3bにおけるこれらのオキサゾロン環の起源と機能は、これらのドメインが独特であるため、研究の対象となっています。

2010 年に、mb OB3b は、LCGSCYPCSCM の配列を持つ、リボソームで生成された小さなペプチド前駆体に由来することが示唆されました。[6]機能的な mbOB3b は、(イソブチル基)-(オキサゾロン環 A)-GSCY-(オキサゾロン環 B)-SM で構成されます。[6] (mBOB3b の一部の標本は C 末端メチオニンを持たず、完全に機能しているように見えることに注意してください。) この特定のメタノバクチン種の発色団により、mbOB3b は他の金属に結合して還元できると主張されてきました。たとえば、mbOB3b は Ag(I) を Ag(0) に、Au(III) を Au(0) に、Cr(VI) を Cr(III) に、Hg(II) を Hg(I) に還元できます。また、Co(II)、Zn(II)、Mn(II)、Pb(II)、および U(IV) にも結合できます。[1]このため、メタノバクチンは金属キレート剤や還元剤として、医療や環境分野でさまざまな用途に利用できる可能性がある。

金属還元のメカニズムは現在のところ解明されていない。mbOB3bにおける銅(I)の四座配位結合構造は、銅イオンを配位子として水分子が結合することを必要とすることが示されている[7] 。このことから、結合した金属イオンを還元するための電子源は水であるとの主張がなされてきた。一方、メタノバクチンの構造中のジスルフィド結合が電子源であると示唆する説もあるが、XPSによる解析では、この結合は銅結合メタノバクチンにおいても依然として健全であることが示された[6] 。この還元電子の起源は、現時点では不明である。

SB2

メタノバクチンSB2はメチロシスティス細菌によって産生されます。SB2は金属を含まない場合の分子量が851Daで、OB3bよりもはるかに小さいです。[6] SB2は、銅との結合に関与すると考えられる硫酸基に加えて、 1つのイミダゾール環と1つのオキサゾロン環を有しています。

参考文献

  1. ^ abc Choi, DW; Bandow, NL; McEllistrem, MT; Semrau, JD; Antholine, WE; Hartsel, SC; Gallagher, W.; Zea, CJ; Pohl, NL; Zahn, JA; Dispirito, AA (2010). 「γ-プロテオバクテリア由来のメタン酸化細菌メタノバクチンのスペクトルおよび熱力学的特性：分子レベルでの銅競合の事例」. Journal of Inorganic Biochemistry . 104 (12): 1240– 1247. doi : 10.1016/j.jinorgbio.2010.08.002 . PMID  20817303.
  2. ^ ab El Ghazouani, A.; Baslé, A.; Firbank, SJ; Knapp, CW; Gray, J.; Graham, DW; Dennison, C. (2011). 「Methylosinus trichosporium OB3b由来メタノバクチンの銅結合特性と構造」 .無機化学. 50 (4): 1378– 1391. doi :10.1021/ic101965j. PMID  21254756.
  3. ^ Hakemian, Amanda S.; Tinberg, Christine E.; Kondapalli, Kalyan C.; Telser, Joshua; Hoffman, Brian M.; Stemmler, Timothy L.; Rosenzweig, Amy C. (2005). 「MethylosinustrichosporiumOB3b由来の銅キレート剤メタノバクチンは銅(I)と結合する」アメリカ化学会誌. 127 (49): 17142– 17143. doi :10.1021/ja0558140. PMC 2864604. PMID  16332035 . 
  4. ^ Hyung J. Kim他「メタノバクチン、メタン酸化細菌由来の銅獲得化合物」サイエンス誌 2004年9月10日号 第305巻 第5690号 pp. 1612-1615
  5. ^ Behling, Lee A.; Hartsel, Scott C.; Lewis, David E.; DiSpirito, Alan A.; Choi, Dong W.; Masterson, Larry R.; Veglia, Gianluigi; Gallagher, Warren H. (2008). 「NMR、質量分析、および化学的証拠により、オキサゾロン環を含むメタノバクチンの異なる化学構造が明らかに」アメリカ化学会誌. 130 (38): 12604– 12605. doi :10.1021/ja804747d. PMC 3617554. PMID 18729522  . 
  6. ^ abcd Krentz, BD; Mulheron, HJ; Semrau, JD; Dispirito, AA; Bandow, NL; Haft, DH; Vuilleumier, SP; Murrell, JC; McEllistrem, MT; Hartsel, SC; Gallagher, WH (2010). 「Methylosinus trichosporiumOB3b株とMethylocystis株SB2株由来のメタノバクチンの比較から、メタノバクチンは銅イオンとの結合と還元のための共通コアを形成するように改変された多様なペプチド前駆体から合成されることが予測される」.生化学. 49 (47): 10117– 10130. doi :10.1021/bi1014375. PMC 3924600. PMID  20961038 . 
  7. ^ John Z. Hoopes他「密度汎関数理論を用いた銅結合メタノバクチンにおける電子移動反応の計算的研究」『アメリカ化学会論文抄録』241、2011年3月27日
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