綾部君の論文紹介 (衛生学教授:濱田 稔)

 

 

綾部君の研究は、アデニル酸キナーゼという生体のエネルギー代謝に重要な役割を果たしているリン酸転移酵素に、遺伝子レベルで変化を起こさせる部位特異的変異法を用い、その構造と機能の相関について調べたものであります。

 

本酵素の病態学的意義として、細胞内アデニンヌクレオチドの動的平衡に関与していると考えられ、遺伝性疾患でもある筋ジストロフィー患者血清での異常アデニル酸キナーゼアイソザイムの蛋白質発現や、赤血球内の本酵素の一アミノ酸変異(Arg128のTrpへのアミノ酸置換)によります溶血性貧血などが、報告されています。

この酵素は、古くから多種の動物種によってその一次構造が解明され、X線回折や、NMR用いた研究において最良のモデル酵素として注目されていて、基質結合部位、触媒部位に関して諸検索が行われておりますが、いまなお、その詳細は、分かっておりません。

 

本研究成果の要点は、

1)ヒト骨格筋アデニル酸キナーゼの人工合成遺伝子を用い、site-directed mutagenesisという手法を一部工夫し、標的部位のアミノ酸残基にランダムに変異を導入することに成功し、容易に蛋白質発現する手法を開発した点であります。

2)動物種間で相同性の高いリジン残基(Lys9, Lys21, Lys27, Lys31, Lys63, Lys131, Lys194)に対しランダムにsite-directedmutagenesisを行い、26種類の変換体アデニル酸キナーゼを得たことであります。

彼は、数多くのアミノ酸残基の中で、リジンが塩基性であり、基質のリン酸基と相互作用をしている可能性が高かったことにより、リジンのアミノ酸残基の変換体を人工合成しました。

3)野生型酵素と得られた変異型の大腸菌での蛋白質発現を行い、精製し、定常状態でのキネティックスを調べ、その性質の変化を野生型と比較したことであります。

 

本研究は、本酵素の構造と機能の関連をその反応速度論的研究から、明らかにすることを目指した次第でございます。

リジン残基の変換体は、様々な程度に基質とのアフィニティーを減少させるものや、リン酸転移触媒効率を減少ないし、増加させるものなどを示したことから、調べ得た範囲内で、親水性塩基性リジン残基は酵素活性に必須なアミノ酸残基であることが示唆され、NMR究やX線回折研究によります立体構造モデルに、動的な生理学的な立体構造モデルを提唱する試みを行いました。

 

KeyWord: 蛋白質工学、遺伝学、骨格筋の病態生理、酵素の動力学解析