insight - 生物化学 - # His-Me ヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構

単一二価金属イオン依存性およびヒスチジン促進型His-Me I-PpoIヌクレアーゼ触媒反応のin crystallo観察

Q: His-Me ヌクレアーゼ以外の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも、同様の単一金属イオン依存性触媒機構が見られるだろうか

His-Meヌクレアーゼ以外の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも、同様の単一金属イオン依存性触媒機構が見られるだろうか? His-Meファミリーのヌクレアーゼにおける単一金属イオン依存性触媒機構は、他の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも見られる可能性があります。多くのヌクレアーゼは、金属イオンを触媒として使用し、DNAの加水分解や合成を行います。一部のヌクレアーゼは、1つまたは2つの金属イオンを活性部位に結合させることで触媒活性を発揮します。His-Meファミリーのヌクレアーゼが1つの金属イオンのみを必要とすることが示されていますが、他の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも同様のメカニズムが存在する可能性があります。さらなる研究が必要ですが、His-Meファミリーのヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構が他のヌクレアーゼにも見られるかどうかを調査することが重要です。

Q: His98の脱プロトン化能力を人工的に高めることで、His-Me ヌクレアーゼの触媒活性を向上させることはできるだろうか

His98の脱プロトン化能力を人工的に高めることで、His-Meヌクレアーゼの触媒活性を向上させることはできるだろうか? His98はHis-Meヌクレアーゼにおいて重要な役割を果たすため、その脱プロトン化能力を人工的に高めることで触媒活性を向上させる可能性があります。例えば、His98の周囲の環境を変化させることで、His-Meヌクレアーゼの触媒活性に影響を与えることが考えられます。また、His-Meヌクレアーゼの構造を変異させてHis98の機能を向上させることも一つのアプローチです。さらなる実験や計算解析を通じて、His-Meヌクレアーゼの触媒活性を向上させるための戦略を検討することが重要です。

Q: His-Me ヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的にどのような意義を持つのだろうか

His-Meヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的にどのような意義を持つのだろうか? His-Meヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的に重要な役割を果たしています。この機構により、ヌクレアーゼはDNAの加水分解などの生物学的プロセスを効率的に行うことができます。また、His-Meヌクレアーゼは、アポトーシス、細胞外防御、細胞内免疫などの生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。さらに、His-Meヌクレアーゼは、CRISPR-Cas9などのバイオテクノロジーやバイオメディカルアプリケーションにも応用されており、その触媒機構の理解はこれらの応用の向上に貢献しています。His-Meヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的なプロセスにおいて重要な役割を果たし、その理解は生物学や医学のさまざまな分野において有益な知見をもたらすでしょう。

Core Concepts

His-Me ヌクレアーゼは単一の二価金属イオンと保存されたヒスチジン残基を用いて、DNAの加水分解を触媒する。

Abstract

本研究では、時間分解X線結晶構造解析を用いて、His-Me ファミリーのI-PpoIヌクレアーゼの触媒反応過程を観察した。その結果、以下のことが明らかになった:

I-PpoIの触媒反応には、単一の二価金属イオンのみが関与する。追加の金属イオンは必要ない。
保存されたヒスチジン残基(His98)が、核酸分子の水分子の脱プロトン化を促進し、求核攻撃を仲介する主要な触媒残基である。しかし、His98が欠失しても、別のヒスチジン残基(His78)やイミダゾールなどが代替的な脱プロトン化経路を提供できる。
金属イオンの結合と水分子の脱プロトン化は、触媒反応の過程で密接に連関している。金属イオンの結合は水分子の脱プロトン化状態に影響を受ける。

これらの知見は、His-Me ヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構の詳細を明らかにしており、今後のこれらの酵素の設計や工学的応用に役立つと考えられる。

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Stats

DNA加水分解反応の進行に伴い、金属イオン(Mg2+またはMn2+)の結合が強く相関する。
反応時間160秒で、生成物が45%に達した。
反応時間300秒で、生成物が65%に達した。

Quotes

His98変異体では、DNA加水分解活性が大幅に低下したが、完全に失活したわけではない。
His78/His98二重変異体では、DNA加水分解活性がさらに低下した。

Key Insights Distilled From

Observing one-divalent-metal-ion dependent and histidine-promoted His-Me family I-PpoI nuclease catalysis in crystallo

by Chang,C., Zh... at www.biorxiv.org 05-05-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.02.592236v2

Deeper Inquiries

His-Me ヌクレアーゼ以外の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも、同様の単一金属イオン依存性触媒機構が見られるだろうか

His-Meヌクレアーゼ以外の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも、同様の単一金属イオン依存性触媒機構が見られるだろうか?
His-Meファミリーのヌクレアーゼにおける単一金属イオン依存性触媒機構は、他の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも見られる可能性があります。多くのヌクレアーゼは、金属イオンを触媒として使用し、DNAの加水分解や合成を行います。一部のヌクレアーゼは、1つまたは2つの金属イオンを活性部位に結合させることで触媒活性を発揮します。His-Meファミリーのヌクレアーゼが1つの金属イオンのみを必要とすることが示されていますが、他の金属イオン依存性ヌクレアーゼでも同様のメカニズムが存在する可能性があります。さらなる研究が必要ですが、His-Meファミリーのヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構が他のヌクレアーゼにも見られるかどうかを調査することが重要です。

His98の脱プロトン化能力を人工的に高めることで、His-Me ヌクレアーゼの触媒活性を向上させることはできるだろうか

His98の脱プロトン化能力を人工的に高めることで、His-Meヌクレアーゼの触媒活性を向上させることはできるだろうか?
His98はHis-Meヌクレアーゼにおいて重要な役割を果たすため、その脱プロトン化能力を人工的に高めることで触媒活性を向上させる可能性があります。例えば、His98の周囲の環境を変化させることで、His-Meヌクレアーゼの触媒活性に影響を与えることが考えられます。また、His-Meヌクレアーゼの構造を変異させてHis98の機能を向上させることも一つのアプローチです。さらなる実験や計算解析を通じて、His-Meヌクレアーゼの触媒活性を向上させるための戦略を検討することが重要です。

His-Me ヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的にどのような意義を持つのだろうか

His-Meヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的にどのような意義を持つのだろうか?
His-Meヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的に重要な役割を果たしています。この機構により、ヌクレアーゼはDNAの加水分解などの生物学的プロセスを効率的に行うことができます。また、His-Meヌクレアーゼは、アポトーシス、細胞外防御、細胞内免疫などの生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。さらに、His-Meヌクレアーゼは、CRISPR-Cas9などのバイオテクノロジーやバイオメディカルアプリケーションにも応用されており、その触媒機構の理解はこれらの応用の向上に貢献しています。His-Meヌクレアーゼの単一金属イオン依存性触媒機構は、生物学的なプロセスにおいて重要な役割を果たし、その理解は生物学や医学のさまざまな分野において有益な知見をもたらすでしょう。