酢酸-CoAリガーゼのフラグメンテーションは、NDP形成性アシル-CoA合成酵素スーパーファミリータンパク質のドメイン再配列の歴史を理解する手がかりを与えてくれる

Fragmentation of acetate-CoA ligase gives a clue to understand domain rearrangement history of NDP-forming acyl-CoA synthetase superfamily proteins.

• Yoko Chiba
• Mariko Shitara
• Ken Takai

抄録

NDP形成型アシル-CoA合成酵素スーパーファミリータンパク質は、6つの必須サブドメイン（1, 2, 3, a, b, c）を有していることが知られているが、これらのサブドメインの分割や順序は様々であり、その進化の中で未定義のサブドメインの再配列が起こったことが示唆されている。超好熱性古細菌の酢酸-CoAリガーゼは、α1-2-3とβa-b-cの2つの異なるサブユニットから構成されており、このサブドメインを断片化して作製した組換えタンパク質と野生型タンパク質との物理化学的・生化学的特性の比較は、その分子進化の謎を解く手がかりとなった。α1-2, α3, βa-b-cの3つの合成サブユニットの混合物は、それぞれの断片化されたサブドメインの溶解度と耐熱性が野生型よりも低いことが判明したが、α1-2, α3, βa-b-cの3つの合成サブユニットの混合物は、野生型と同等の4元構造、耐熱性、および酵素活性を有していた。このことは、サブドメイン3の独立性と移動性がサブドメインの再配置を可能にし、サブドメインの耐熱性がサブユニットの組成を制約していることを示唆している。

NDP-forming type acyl-CoA synthetase superfamily proteins are known to have six essential subdomains (1, 2, 3, a, b, c) of which partition and order are varied, suggesting yet-to-be-defined subdomain rearrangement happened in its evolution. Comparison in physicochemical and biochemical characteristics between the recombinant proteins which we made from fragmented subdomains and wild-type protein, acetate-CoA ligase in a hyperthermophilic archaeon, consisting of two distinct subunits (α1-2-3 and βa-b-c) provided a clue to the mystery of its molecular evolutionary passage. Although solubility and thermostability of each fragmented subdomain turned out to be lower than that of wild-type, mixture of the three synthetic subunits of α1-2, α3, and βa-b-c had quaternary structure, thermostability, and enzymatic activity comparable to those of the wild-type. This suggests that substantial independence and mobility of subdomain 3 have enabled rearrangement of the subdomains; and thermostability of the subdomains has constrained the composition of the subunits.