Size Exclusion Chromatography Method for Purification of Nicotinamide Mononucleotide (NMN) from Bacterial Cells

ヒトNMNの構造について

ヌクレオチジルトランスフェラーゼα/β-ホスホジエステラーゼスーパーファミリーのメンバーであるニコチンアミドモノヌクレオチドアデニリルトランスフェラーゼ（NMNAT）は、NAD生合成における普遍的なステップ（NMN + ATP = NAD + PPi）を触媒します。 核内に局在するヒト酵素の活性は腫瘍細胞で大きく変化し、癌化学療法の有望なターゲットとなっています。 単一同形置換法と密度修正法を組み合わせて使用??することにより、人間のNMNAT構造をX線結晶構造解析で2.5Aの分解能で解明され、α/βトポロジーサブユニットで構成される六量体であることが明らかになりました。

酵素の活性部位のトポロジーをホモロジーモデリングと他のNMNATとの構造比較によって解析したところ、基質によってコンフォメーションが変化していることが確信できました。 また、ATP認識モチーフGXXXPX（T / H）XXHおよびSXTXXRで顕著な構造保存が観察され、これらは、NMNATのユニバーサルシグネチャであると見なされます。 ヒトと原核生物のNMNATの構造比較も、高選択的な抗菌薬の合理的な設計につながる可能性があります。

エネルギーの代謝について

NADは、エネルギー変換や細胞代謝における酸化還元補因子としての重要な役割を果たすだけでなく、シグナル伝達経路にも深く関わっています。 NAD(P)の誘導体であるニコチン酸アデニンジヌクレオチドリン酸と環状ADPリボースもまた、最も強力なカルシウム固定化剤の一つです。 NADは、高等真核生物の核内でポリADPリボースポリメラーゼによって行われる重要な翻訳後修飾のポリADPリボシル化基質です。 また、NADは、哺乳類や原核生物の細胞内で、NADからADPリボース単位を1つだけ標的タンパク質に転移させる酵素であるモノADPリボース転移酵素の基質です。

最近では、高濃度のNADが酵母細胞の寿命を延ばすことが明らかになりました。 これはNAD依存性のタンパク質脱アセチル化の触媒作用に関連する現象です。

ヒトNMNAT構造モデルの全体的な品質

低温冷却条件に応じて、2つの異なる結晶形を得ることができます。 I型の結晶は非対称単位に6つの分子を持つ単斜晶系空間群P21に属し、II型の結晶は非対称に1つの分子を持つ六方晶系空間群P6322に属します。 ヒトNMNATの構造は、多重結晶密度平均化と組み合わせた単一同形置換法によって解決されました。

全体構造

各NMNATのポリペプチド鎖は、6つのβストランド、9つのαヘリックス、および接続ループに折りたたまれます。 タンパク質の構造は、古典的なα/β-ジヌクレオチド結合ドメインです。 そのコアは強くねじれた6本のストランドが平行に開いたβシートで、その両側にはα-へリックスがあります。

タンパク質のC末端部分は、2つのαヘリックスで構成される2番目の小さなドメインを形成します。 六量体の集合体が2つの結晶形の両方で観察されました。 六方晶の結晶形では、322の結晶学的対称操作により、非対称ユニットに存在するモノマーが六量体に組み立てられます。 同じオリゴマー配列が単斜晶系の結晶形で観察され、32点群対称性を備えた六量体が非対称ユニットに存在します。 非常に驚くべきことに、NMNATでNMNに結合すると報告されている残基はいずれもヒト酵素の構造に観察されておらず、NMN結合モードに関する提案は信頼性が低いのです。 特に、M. thermoautotrophicum NMNAT のNMN認識における重要な残基として認識されているTrp-87とAsn-84は、ヒトのNMNATでは同等の位置に観察されていません。

ヒトの酵素では、Trp-169とGlu-94の2つの残基が予想されるNMN結合部位に近接して位置しており、NMNのニコチン部分の結合に関与している可能性があります。 しかし、そのような可能性を考えると、やはり基質の結合によって誘発されるコンフォメーションの変化は、NMN結合部位を適切に構築する必要があります。

実際、M. jannaschii NMNAT-ATPおよびM. thermoautotrophicum NMNAT-NAD複合体との構造重ね合わせに基づく粗いホモロジーモデリングは、NMNとATPの結合部位を定義することを目的とし、両部位に多くの深刻な立体衝突があることが明らかになりました。 このような観察結果は、基質の結合によってコンフォメーションが変化し、その結果、酵素活性サイトが適切に形成されるという仮説を支持するものです。