オクタノイル結合状態にトラップされたI型脂肪酸合成酵素

Type I fatty acid synthase trapped in the octanoyl-bound state.

• Alexander Rittner
• Karthik S Paithankar
• Aaron Himmler
• Martin Grininger

抄録

ヒトにおけるde novo脂肪酸生合成は、多ドメインタンパク質であるType I脂肪酸合成酵素（FAS）によって行われています。すべての組織に遍在的に発現していますが、正常な健康細胞では、食事によって十分な脂肪酸が供給されているため、脂肪酸合成は必須ではありません。しかし、FAS は癌細胞で過剰発現しており、癌の悪性化と相関していることから、FAS は癌化における選択的な治療標的として注目されています。本研究では、ヒトFASと高い相同性を持つマウスFASの縮合部の結晶構造を明らかにしました。MATドメインは、新規な（ユニークな）コンフォメーションでオクタノイル部位に結合し、これは、MAT基質のプロミスキュイティの原因となる基質結合部位の顕著なコンフォメーションダイナミクスを反映している。対照的に、KS結合ポケットは、基質結合時にオクタノイル部位にわずかに適応している。酵素の運動学的研究により、KSドメインの基質結合には剛直なドメイン構造に加えて、正の協力効果があることを発見した。これらの構造的・機構的知見は、FASの作用機序の理解に大きく貢献し、将来の合理的な阻害剤設計の指針となる可能性がある。

De novo fatty acid biosynthesis in humans is accomplished by a multidomain protein, the Type I fatty acid synthase (FAS). Although ubiquitously expressed in all tissues, fatty acid synthesis is not essential in normal healthy cells due to sufficient supply with fatty acids by the diet. However, FAS is overexpressed in cancer cells and correlates with tumor malignancy, which makes FAS an attractive selective therapeutic target in tumorigenesis. Herein, we present a crystal structure of the condensing part of murine FAS, highly homologous to human FAS, with octanoyl moieties covalently bound to the transferase (MAT-malonyl-/acetyltransferase) and the condensation (KS-β-ketoacyl synthase) domain. The MAT domain binds the octanoyl moiety in a novel (unique) conformation, which reflects the pronounced conformational dynamics of the substrate-binding site responsible for the MAT substrate promiscuity. In contrast, the KS binding pocket just subtly adapts to the octanoyl moiety upon substrate binding. Besides the rigid domain structure, we found a positive cooperative effect in the substrate binding of the KS domain by a comprehensive enzyme kinetic study. These structural and mechanistic findings contribute significantly to our understanding of the mode of action of FAS and may guide future rational inhibitor designs.

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