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ヒトトリアシルグリセロール合成酵素の構造と触媒機構の解明
Structure and catalytic mechanism of a human triacylglycerol-synthesis enzyme.
PMID: 32433611 DOI: 10.1038/s41586-020-2289-6.
抄録
トリアシルグリセロールは、生体内で代謝エネルギーを蓄え、食品や燃料として工業的に利用されています。ヒトではトリアシルグリセロールが過剰に蓄積されると肥満の原因となり、代謝性疾患の原因となる。トリアシルグリセロール合成は、アシル-CoAジアシルグリセロールアシル転移酵素（DGAT）によって触媒されていますが、その構造や触媒機構は不明です。我々は、膜結合型O-アシル基転移酵素（MBOAT）ファミリーの一種であるDGAT1の二量体の構造を低温電子顕微鏡を用いて約3.0Å分解能で決定した。DGAT1は、N末端セグメントと疎水性界面を介してホモ二量体を形成しており、膜領域内に活性部位を持つと考えられる。オレオイル-CoA基質を約3.2Åで分解して得られた構造から、CoA部位は細胞質側でDGAT1を結合し、アシル基は疎水性チャネルの奥深くに位置し、アシル-CoAチオエステル結合は不変の触媒ヒスチジン残基の近くに位置していることがわかりました。反応中心は大きな空洞の中に位置しており、膜二重層の横方向に開いており、活性部位への脂質アクセスを提供しています。アシル-CoAと直交する反応中心部には、アシル-アクセプター分子を表す脂質のような密度が存在する。DGAT1の構造から得られた知見は、突然変異誘発および機能研究と相まって、DGATによるトリアシルグリセロール合成の触媒反応モデルの基礎を提供します。
Triacylglycerols store metabolic energy in organisms and have industrial uses as foods and fuels. Excessive accumulation of triacylglycerols in humans causes obesity and is associated with metabolic diseases. Triacylglycerol synthesis is catalysed by acyl-CoA diacylglycerol acyltransferase (DGAT) enzymes, the structures and catalytic mechanisms of which remain unknown. Here we determined the structure of dimeric human DGAT1, a member of the membrane-bound O-acyltransferase (MBOAT) family, by cryo-electron microscopy at approximately 3.0 Å resolution. DGAT1 forms a homodimer through N-terminal segments and a hydrophobic interface, with putative active sites within the membrane region. A structure obtained with oleoyl-CoA substrate resolved at approximately 3.2 Å shows that the CoA moiety binds DGAT1 on the cytosolic side and the acyl group lies deep within a hydrophobic channel, positioning the acyl-CoA thioester bond near an invariant catalytic histidine residue. The reaction centre is located inside a large cavity, which opens laterally to the membrane bilayer, providing lipid access to the active site. A lipid-like density-possibly representing an acyl-acceptor molecule-is located within the reaction centre, orthogonal to acyl-CoA. Insights provided by the DGAT1 structures, together with mutagenesis and functional studies, provide the basis for a model of the catalysis of triacylglycerol synthesis by DGAT.