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DMGO

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公式フルネーム
DMGO
背景
ジメチルグリシンオキシダーゼ（DMGO）は、Arthrobacter globiformis 由来の共有結合型フラビン酵素であり、ジメチルグリシンの酸化的脱メチル化を触媒して、サルコシン、ホルムアルデヒドおよび過酸化水素を生成する。N 末端領域は FAD を共有結合的に結合するため、黄味を帯びている。
同義語
DMGO；ジメチルグリシンオキシダーゼ
カタログ 製品名 EC番号 CAS番号 ソース 価格
NATE-0826 アルトロバクター・グロビフォミス由来のジメチルグリシンオキシダーゼ、組換え体 74870-79-4 大腸菌 お問い合わせ

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要旨

哺乳類のサルコシン脱水素酵素（SDH）およびジメチルグリシン脱水素酵素（DMGDH）は、コリン代謝および1炭素代謝に関与するミトコンドリア酵素である。SDHはグリシン／サルコシン調節サイクルにおいて重要な役割を担い、その欠損はサルコシン血症を引き起こす。サルコシン血症は稀な常染色体性代謝異常であり、血中および尿中のサルコシン濃度上昇を特徴とする。DMGDH欠損では、血中のN, N-ジメチルグリシン濃度が上昇する。これらの高い相同性を有する酵素はFADと共有結合し、還元的半反応においてサルコシンおよびジメチルグリシンをそれぞれ対応する生成物であるグリシンおよびサルコシンへ酸化する。テトラヒドロ葉酸（THF）が存在しない場合、ホルムアルデヒドが第二の生成物となり、不安定なイミン中間体の加水分解により生成される。電子伝達フラボタンパク質（ETF）は、触媒サイクルを完結させる酸化的半反応において、SDHおよびDMGDHの活性を呼吸鎖の酸化還元系へ連結する。

これら酵素の一次構造から、タンパク質の異なる領域に位置する2つの活性部位の存在が示される。SDHおよびDMGDHのN末端に存在するヌクレオチド結合モチーフは、これらが細菌の単量体サルコシンオキシダーゼ（MSOX）とはより遠縁であることを示唆する。C末端配列は、グリシン開裂系のTタンパク質（アミノメチルトランスフェラーゼ）と高い相同性を示す。サルコシンまたはベタインは多くの微生物にとって共通の炭素・エネルギー源であり、グリシンベタインは浸透圧保護剤としても機能する。

Arthrobacter globiformis由来ジメチルグリシンオキシダーゼ（DMGO）はベタイン分解経路の一部であり、哺乳類SDHおよびDMGDHと30%の同一性を有する。DMGOは酸化的半反応においてETFの代わりに分子状酸素を用いるが、SDHおよびDMGDHと同様に、基質酸化はTHFの利用可能性に応じて5,10-メチレン-THFまたはホルムアルデヒドの生成を伴う。

DMGOの全体構造

DMGOの1.60 Å分解能の結晶構造はMIRAS法により決定された。本酵素は密にパッキングした二量体がさらに会合した二量体（すなわち四量体）として観察され、4つのモノマーは結晶学的点群対称性222により関係付けられていた。タンパク質配列解析と整合して、各モノマーは機能的に異なる2つの領域を含んでいた。ジメチルグリシン酸化を担うN末端領域は残基1–420からなり、C末端領域（残基421–830）には5,10-メチレン-THF生成を担う第2の活性部位が含まれていた。

Stereo view of a DMGO monomer 図1. DMGOモノマーのステレオ図（Leys, D.; et al. 2003）

四次構造

結晶の222点群対称性は、四量体の内部対称性と一致している。全体構造は約120×120×70 Åの寸法を有する扁平な正四面体に類似する。FADドメインは4つの頂点を占め、C末端ドメインは正四面体の中心に位置する。モノマーと結晶学的に関連する2分子との界面は大きく異なる。最も強い相互作用は、対称操作（-x, y, -z）で関係付けられるモノマーとの間で生じ、その界面はほぼ全て葉酸結合ドメインから構成される。1.7 Åプローブで算出した形状相補性（SC）値は0.76であった。分析ゲルろ過実験では、タンパク質サイズはホモ二量体として予測される値よりわずかに大きく、低タンパク質濃度では二量体へ解離する可能性が示唆された。現時点でDMGOにアロステリック効果を示す所見はなく、四量体化は酵素安定性の向上と関連する可能性がある。全体の配列同一性は高いにもかかわらず、DMGOの界面接触残基はいずれも哺乳類脱水素酵素間で保存されておらず、哺乳類酵素間で四次構造の組織化が異なる可能性を示唆する。

Structure of the DMGO tetramer 図2. DMGO四量体の構造（Leys, D.; et al. 2003）

葉酸結合領域

C末端の葉酸結合領域に含まれる3つのドメインは、中央の孔の周囲にクローバー状に配置されている。既知構造との有意な構造相同性は認められなかった。ドメイン1（残基469–507および600–689）は6本鎖の逆平行βシートからなり、その片側に複数のαヘリックスがパッキングしている。前方には、複数の小さな二次構造要素からなる不規則構造が存在する。ドメイン1はポリペプチド鎖の単一の突出部により中断され、5本鎖の逆平行βシートからなるドメイン2（残基508–599）を形成する。ドメイン1と2は類似したトポロジーおよびフォールドを有する。C末端のドメイン3（残基743–830）は歪んだ6本鎖のジェリーロール構造であり、ドメイン1および2のβシートと垂直方向にパッキングしている。

Stereo view of the N5, N10-methylene-THF synthase domain 図3. N5, N10-メチレン-THF合成酵素ドメインのステレオ図（Leys, D.; et al. 2003）

Reference

  1. Leys, D.; et al. Channelling and formation of ‘active’ formaldehyde in dimethylglycine oxidase. EMBO J. 2003.
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