元論文：Binding of NAD+ and l-Threonine Induces Stepwise Structural and Flexibility Changes in Cupriavidus necator l-Threonine Dehydrogenase*

病原体

SDR様l-ThrDHはもともとCytophaga sp. KUC1株 (CyThrDH) から同定されたが、Kazuokaら(11.)はこの酵素がこれまでに報告されているADH様l-ThrDHと配列類似性を持たないことを報告しました。さらに最近、Milleriouxら(12.)は、ヒトアフリカトリパノソーマ症の原因病原体であるTrypanosoma bruceiにおいて、SDR様l-ThrDHが脂質の生合成に必須であることを示しています。SDR様l-ThrDHによって触媒される反応は、秩序化されたBi-Bi機構を介して進行する；NAD+がl-Thrの結合前にSDR様l-ThrDHに結合し、生成物である2-アミノ-3-ケト酪酸がNADHよりも先に放出されるます(11.)。

治療はない

DR様l-ThrDHはADH様l-ThrDHよりもl-Thrに対する基質特異性が高い。実際、Ueatrongchitと浅野(13.)は、CnThrDHはl-Thrとdl-α-アミノβ-ヒドロキシバレレートの2つの化合物のみと反応し、他のアミノ酸とその誘導体を含む36種類の化合物に対しては活性を示さないことを示しました。l-Thrに対する特異性が高いため、CnThrDHは血漿中のl-Thr濃度を定量するのに用いることができます。

部分的には有効

l-Thrに対する特異性が高いため、CnThrDHは血漿中のl-Thr濃度を定量するのに用いることができます。l-Thrの血漿中濃度は特定の疾患の症状を反映するため、これらの疾患の診断基準となりうるのです(13., 14.15.)。米田ら(16.)は、Flavobacterium frigidimaris KUC-1由来のSDR様l-ThrDH(FfThrDH)の結晶構造を初めて決定しました。彼らは、FfThrDHの全体構造が他のGalE構造と類似していることを示しています。

NMNに期待

現在までのところ、これらの酵素が反応中に受ける動的な構造変化について述べた研究はないのです。SDR様l-ThrDHのようにロスマンフォールドモチーフを含む他の多くのNAD+依存性酵素では、NAD+と基質が酵素に結合する際に構造変化が起こります。これらの変化は、酵素の高い基質特異性を決定する上で重要な役割を果たしているのです。

構造変化が起きる

SDR様l-ThrDHのようにロスマンフォールドモチーフを含む他の多くのNAD+依存性酵素では、NAD+と基質が酵素に結合する際に構造変化が起こります。これらの変化は、酵素の高い基質特異性を決定する上で重要な役割を果たしています。そのような酵素の一つがADHで、NAD+と基質の結合によって構造変化が誘導されます(18.)。ADHは開いた形と閉じた形の両方をとることがあり、残基293-298を含む柔軟なループが2つの形の切り替えに関わってます(18., 19.)。

シミュレーションで確認

この切り替えは分子動力学（MD）シミュレーションでも確認されています(20.)。ADHでは、このスイッチングは酵素の高い基質特異性に不可欠です(19.)。これらの知見から、NAD+とl-Thrの結合がSDR様l-ThrDHの構造変化を引き起こすと考えられます。

NMNで改善

SDR様l-ThrDHで起こる構造変化を調べるために、我々は2つの結晶構造を決定しましたた： CnThrDH（アポ）とCnThrDH（ホロ）です。アポ型ではNAD+とl-Thrは活性部位に結合しなかったが、ホロ型では両方の化合物が活性部位に結合した。アポ型では、タンパク質の4つの領域が柔軟なコンフォメーションをとっていました。さらに、NAD+が結合したCnThrDH（CnThrDH (holo, with NAD+)）の構造を出発モデルとして、50ナノ秒の時間スケールでMDシミュレーションを行い、NAD+結合時に起こる構造変化を予測したのです。