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進化的解析により、イネL-ミオイノシトール1リン酸合成酵素の触媒活性に不可欠な2つのリジン残基を含む保存されたペンタペプチド配列が同定された
An evolutionary analysis identifies a conserved pentapeptide stretch containing the two essential lysine residues for rice L-myo-inositol 1-phosphate synthase catalytic activity.
PMID: 28950028 PMCID: PMC5614600. DOI: 10.1371/journal.pone.0185351.
抄録
よく保存されたタンパク質の分子進化論的解析は、コア触媒領域の必須アミノ酸を決定するのに役立つ。アミノ酸残基の化学的性質に基づいて、高度に保存された酵素であるL-ミオ-イノシトール-1-リン酸合成酵素（MIPS）の全172の相同配列の系統解析を、進化的に多様な生物から行った。その結果、系統的に保存されている6つのブロックの存在が明らかになり、そのうち4つのブロックが機能性タンパク質の触媒コアを内包していることが明らかになりました。さらに、単子葉植物モデル植物Oryza sativa（OsMIPS1）のMIPSの触媒部位において、MIPS触媒に重要であることが知られているリジン残基を標的とした特異的なアミノ酸修飾を行った。これに続いて、保存ブロックのリジン残基を欠失または置換したOsMIPS変異体を作製した。欠失/置換変異体で行った酵素動力学、系統学的および構造的な比較に基づいて、植物以外のソースから既に確立されている結晶構造と比較し、触媒活性に不可欠な2つの最も重要なリジン残基を含む活性ポケットに、進化的に保存されたペプチドストレッチが同定された。
A molecular evolutionary analysis of a well conserved protein helps to determine the essential amino acids in the core catalytic region. Based on the chemical properties of amino acid residues, phylogenetic analysis of a total of 172 homologous sequences of a highly conserved enzyme, L-myo-inositol 1-phosphate synthase or MIPS from evolutionarily diverse organisms was performed. This study revealed the presence of six phylogenetically conserved blocks, out of which four embrace the catalytic core of the functional protein. Further, specific amino acid modifications targeting the lysine residues, known to be important for MIPS catalysis, were performed at the catalytic site of a MIPS from monocotyledonous model plant, Oryza sativa (OsMIPS1). Following this study, OsMIPS mutants with deletion or replacement of lysine residues in the conserved blocks were made. Based on the enzyme kinetics performed on the deletion/replacement mutants, phylogenetic and structural comparison with the already established crystal structures from non-plant sources, an evolutionarily conserved peptide stretch was identified at the active pocket which contains the two most important lysine residues essential for catalytic activity.