Structures of drug-target proteins determined by both X-ray and neutron diffraction

X線及び中性子による創薬標的タンパク質の立体構造解析

黒木 良太

Kuroki, Ryota

結晶構造解析はタンパク質の詳細な原子座標を決定する有力な手法である。高分解能X線結晶構造解析は、タンパク質のほとんどの原子を観測することができるが、中性子はより確実にタンパク質の存在する水素原子の位置を観測することができる。われわれは、ブタ膵臓由来エラスターゼ(PPE)とヒト免疫不全ウイルス由来プロテアーゼ(HIV-PR)の2つの創薬標的蛋白質について、超高分解能X線結晶構造解析と中性子構造解析に成功した。これら2つのタンパク質においては、それぞれの酵素に対する酵素阻害剤であるFR130180及びKNI-272との複合体として構造解析した。PPEとその阻害剤は、0.94分解能のX線回折データと1.75分解能の中性子回折データを取得した。HIV-PRにおいては0.93分解能のX線回折データと2.3分解能の中性子回折データを取得し立体構造解析に用いた。これらの構造解析からPPE及びHIV-PRの触媒残基の解離状態を決定し、基質加水分解における基質や阻害剤認識機構や触媒基の役割を解明することができた。

X-ray and neutron crystallography enables us to obtain accurate atomic positions within proteins. The structure of porcine pancreatic elastase (PPE) with its potent inhibitor (FR130180) was determined to 0.94 resolution by X-ray diffraction and 1.75 resolution by neutron diffraction. It was found that there are two characteristic hydrogen bonding interactions in which hydrogen atoms were confirmed. One is located between a catalytic aspartate and histidine, another is involved in the inhibitor recognition site. The structure of HIV-PR with its potent inhibitor (KNI-272) was also determined to 0.93 resolution by X-ray diffraction and 2.3 resolution by neutron diffraction. The ionization state of the catalytic residues were clarified to show that Asp125 is protonated and Asp25 is deprotonated. The ionization state and the location of hydrogen atoms of the catalytic residue in HIV-PR were firstly determined by neutron diffraction.