N末端で切断されたチトクロムP450 3A4の溶液中でのリガンド結合に対するコンフォーメーション応答（英文

Conformational Response of N-Terminally Truncated Cytochrome P450 3A4 to Ligand Binding in Solution.

• Shih-Wei Chuo
• Shu-Hao Liou
• Lee-Ping Wang
• R David Britt
• Thomas L Poulos
• Irina F Sevrioukova
• David B Goodin

抄録

ヒトのチトクロムP450 3A4（CYP3A4）は、現在市場に流通している医薬品の50％以上を代謝する膜貫通型モノオキシゲナーゼであり、その化学的メカニズムやリガンド結合時の構造変化を研究することは、医薬品代謝の深い知見を提供し、更なる医薬品開発に貢献すると考えられます。最もよく知られているチトクロムP450は、細菌型のP450camであり、基質とそのレドックスパートナーであるプティジレドキシンとの結合時に構造が大きく変化することが知られています。一方、CYP3A4のリガンドの有無にかかわらず、ほとんどの結晶構造はほとんど変化を示していないが、溶液中でのアロステリック効果や多基質結合はよく知られている。本研究では、二重電子電子共鳴(DEER)法を用いてCYP3A4のスピンラベル間の距離を測定し、分子動力学法を用いてDEERデータを解釈した。これらの方法を可溶性のN末端切断型CYP3A4に適用した結果、ケトコナゾール、リトナビル、ミダゾラムとの結合による平均構造の変化はほとんどないことがわかった。しかし、ケトコナゾールやリトナビルではなく、ミダゾラムを結合させると、基質結合ポケット付近のF/Gらせん領域の動きや乱れが大きく変化した。これらの結果は、可溶性CYP3A4が阻害剤と基質の結合に応答して独特の振る舞いをすることを示唆している。

Human cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) is a membrane-associated monooxygenase that is responsible for metabolizing >50% of the pharmaceuticals in the current market, so studying its chemical mechanism and structural changes upon ligand binding will help provide deeper insights into drug metabolism and further drug development. The best-characterized cytochrome P450 is a bacterial form, P450cam, which undergoes significant conformational changes upon binding substrate and its redox partner, putidaredoxin. In contrast, most crystal structures of CYP3A4 with or without ligands have shown few changes, although allosteric effects and multiple-substrate binding in solution are well-documented. In this study, we use double electron-electron resonance (DEER) to measure distances between spatially separated spin-labels on CYP3A4 and molecular dynamics to interpret the DEER data. These methods were applied to a soluble N-terminally truncated CYP3A4 form, and the results show that there are few changes in the average structure upon binding ketoconazole, ritonavir, or midazolam. However, binding of midazolam, but not ketoconazole or ritonavir, resulted in a significant change in the motion and/or disorder in the F/G helix region near the substrate binding pocket. These results suggest that soluble CYP3A4 behaves in a unique way in response to inhibitor and substrate binding.