AOS

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要約

アレンオキシダーゼ (AOS) と 8R-リポキシゲナーゼは、サンゴ Plexaura homomalla に存在する自然発生の融合タンパク質の一部です。AOS は脂肪酸ヒドロペルオキシドから不安定なエポキシド（アレンオキシド）の生成を触媒します。ある研究では、AOS ドメインの構造が報告され、カタラーゼとの重要な構造的相同性が明らかにされました。ヘム環境は大部分が保存されていますが、AOS のヘムは平面で、遠位ヒスチジンの両側に水素結合した残基が二つあります。これらの重要な違いは、カタラーゼ活性から脂肪酸ヒドロペルオキシダーゼ活性への切り替えに寄与した可能性があります。

はじめに

プロスタグランジンや他のエイコサノイドは、カリブ海のゴルゴニアン Plexaura homomalla のようなソフトコーラルにおいて不可欠な役割を果たします。プロスタグランジンはアラキドン酸から従来のシクロオキシゲナーゼ経路を介して生成されますが、サンゴ抽出物における強力な触媒活性はリポキシゲナーゼ (LOX) 経路の代謝です。アラキドン酸は最初に 8R-ヒドロペルオキシドに変換され、その後アレンオキシド（エポキシド）に変換されます。この経路は植物におけるジャスモン酸生合成経路と多くの類似点を共有しています（図 1）。サンゴでは、この経路が環状生成物を生成し続ける可能性がありますが、この関連性はまだ証明されていません。サンゴにおけるエイコサノイド生合成経路の研究中、ブラッシュとその同僚は、LOX とアレンオキシダーゼ (AOS) ドメインを含む 122-kDa 融合タンパク質をコードする遺伝子を特定しました。哺乳類における最も近いホモログは 5-LOX で、アラキドン酸からロイコトリエンを合成する酵素です。このヘモグロビンドメインはカタラーゼと弱い配列同一性を共有し、特定された 5 つのホモログ領域はすべてヘム結合または触媒残基に関与しています。

電子スピン共鳴、UV-vis、磁気CDを含む分光データは、AOS がカタラーゼと同様にチロシンの軸配位子を持つヘムタンパク質であることを示していますが、AOS にはカタラーゼ活性はありません。植物の AOS の配列に基づいて、この酵素はシトクロム P450 スーパーファミリーのメンバー、すなわち脂肪酸ヒドロペルオキシド代謝 P450 のサブファミリーに属することが明確に特定できます。他のクラスの P450 酵素、例えば哺乳類のプロスタサイクリン合成酵素やトロンボキサン合成酵素も、脂肪酸過酸化物において類似の化学反応を触媒します。したがって、カタラーゼとの配列およびスペクトル関係を持つサンゴ AOS は非常に特異的です。 

図 1. サンゴと植物におけるアレンオキシド生合成の比較 (Oldham, M.L.; et al. 2004)

全体構造

AOS のモノマーは、約 45-50 Å の三次元でのくさび形のタンパク質です。この酵素は、8 本のストランドからなる逆平行 β-バレルと 13 本の α-ヘリックスからなる α+β フォールドを持っています（図 2）。結晶中では、モノマーは α3 ヘリックスの平行相互作用を介して関連しています（図 3）。この二量体化モチーフは、すべての 4 つの結晶形（直方晶、三斜晶、単斜晶、C 中心単斜晶）で観察されます。C末端での分子間接触は、ロイシンジッパーを思わせる形でスレオニン（T51、T54、T58）のパッキングを含みます。オリゴマーインターフェース（1,070 Ų / モノマー）は、くさび形分子の一端に位置し、全体として蝶ネクタイ形の二量体を形成します。典型的なヘムタンパク質と比較して、AOS の補助基は非常に平面です。

図 2. サンゴ AOS バックボーントレースの立体画像 (Oldham, M.L.; et al. 2004)

図 3. 非対称単位内の二量体インターフェースを形成する二つの分子の α3 (Oldham, M.L.; et al. 2004)

AOS は自然発生の融合タンパク質に存在する

前述のように、サンゴ AOS は融合タンパク質の N-末端ドメインとして存在し、AOS と LOX の共有結合融合は、両ドメインの相互親和性を高め、効果的な濃度を増加させることで、LOX から AOS 活性部位への不安定な 8R-ヒドロペルオキシドの迅速な移動を促進します。マルコット et al. は、ある種のゲノムに存在する融合タンパク質を用いて、他の種で二つのタンパク質が別々に発現するホモログにおけるタンパク質間相互作用を研究できることを示しています。 したがって、サンゴにおける AOS と LOX の融合は、他の生物におけるカタラーゼ関連 AOS ホモログと LOX との相互作用を示唆しているかもしれません。融合タンパク質として存在するか、独立したポリペプチドとして存在するかにかかわらず、8R-LOX と AOS 活性はサンゴに普遍的であり、他の無脊椎動物においてもその発現が検出される可能性があります。