Crystal structures of the catalytic domain of a novel glycohydrolase family 23 chitinase from sp. A-471 reveals a unique arrangement of the catalytic residues for inverting chitin hydrolysis

GHファミリー23に属する sp. A-471由来キチナーゼ活性ドメインの結晶構造-反転型キチン分解反応にかかわる触媒残基の特徴的な配置

有森 貴夫*; 川本 乃理子*; 新家 粧子*; 岡崎 伸生*; 中澤 昌美*; 宮武 和孝*; 深溝 慶*; 上田 光宏*; 玉田 太郎

Arimori, Takao*; Kawamoto, Noriko*; Shinya, Shoko*; Okazaki, Nobuo*; Nakazawa, Masami*; Miyatake, Kazutaka*; Fukamizo, Tamo*; Ueda, Mitsuhiro*; Tamada, Taro

sp. A-471由来のキチナーゼC(Ra-ChiC)の活性ドメインはG型リゾチームと類似した配列を有し、他のキチナーゼとは異なりGHファミリー23に属する。しかしながら、NMRを用いた解析ではRa-ChiCはキチン二量体と相互作用する一方で、ペプチドグリカン断片とは相互作用しなかった。本論文では、Ra-ChiCの活性ドメイン(野生型, E141Q, E162Q変異体)及びキチンオリゴ糖複合体の結晶構造解析を報告する。Ra-ChiCは基質特異性をつかさどるトンネル構造を含む基質結合部位を有しており、そのトンネル上に位置するAsp226が塩基触媒として水分子を活性化する機構が構造情報に基づく変異体解析の結果から示唆された。構造的に高く保存された酸触媒として機能するGlu141とこのAsp226の相対配置は、他のGH23型酵素や反転型GH19キチナーゼとは異なっており、Ra-ChiCの特徴的な機能と関連していると考えられた。

Chitinase C from sp. A-471 (Ra-ChiC) has a catalytic domain sequence similar to goose type (G-type) lysozymes and, unlike other chitinases, belongs to glycohydrolase (GH) family 23. Using NMR spectroscopy, however, Ra-ChiC was found to interact only with the chitin dimer but not with the peptideglycan fragment. Here we report the crystal structures of wild-type, E141Q, and E162Q of the catalytic domain of Ra-ChiC with or without chitin oligosaccharides. Ra-ChiC has a substrate-binding site including a tunnel-shaped cavity, which determines the substrate specificity. Mutation analyses based on this structural information indicated that a highly conserved Glu141 acts as a catalytic acid, and that Asp226 located at the roof of the tunnel activates a water molecule as a catalytic base. The unique arrangement of the catalytic residues makes a clear contrast to the other GH23 members and also to inverting GH19 chitinases.