Structural basis for acceptor-substrate recognition of UDP-glucose: anthocyanidin 3--glucosyltransferase from

チョウマメ由来UDP-glucose: anthocyanidin 3--glucosyltransferaseの糖受容体認識に関わる構造基盤

廣本 武史; 本庄 栄二郎*; 野田 尚信*; 玉田 太郎; 数馬 恒平*; 鈴木 正彦*; Blaber, M.; 黒木 良太

Hiromoto, Takeshi; Honjo, Eijiro*; Noda, Hisanobu*; Tamada, Taro; Kazuma, Kohei*; Suzuki, Masahiko*; Blaber, M.; Kuroki, Ryota

チョウマメの花弁に含まれるUDP-glucose: anthocyanidin 3--glucosyltransferase(UGT78K6)は、UDP-glucoseを糖供与体とし、青色色素の基本骨格をなすデルフィニジンへの糖転移を触媒する酵素である。本酵素は、「フラボノール」に類似した化学構造を有するにもかかわらず、デルフィニジンなど「アントシアニジン」特異的な糖転移活性を示す。その糖受容体認識に関わる構造基盤を明らかにするため、UGT78K6単独の立体構造ならびに各糖受容体(アントシアニジンに分類されるデルフィニジンとペチュニジン、またフラボノールの一種であるケンフェロール)が結合した複合体の立体構造をX線結晶構造解析により決定した。今回の研究で見出された糖受容体の結合様式は、これまでに報告されている類似の糖転移酵素(赤ブドウ由来GT1)とケンフェロールとの結合様式とは全く異なるものであり、発色の異なる糖受容体「アントシアニジン」と「フラボノール」をどのように識別しているのか、その分子メカニズムの解明を可能とした。今後、得られた構造情報を基に糖受容体との相互作用部位を改変することにより、色味の異なる色素化合物の合成あるいは医薬品候補分子の合成を可能にするものと期待される。

UDP-glucose: anthocyanidin 3--glucosyltransferase (UGT78K6) from catalyzes the transfer of glucose from UDP-glucose to anthocyanidins such as delphinidin. To understand the acceptor-recognition scheme of UGT78K6, the crystal structure of UGT78K6 and its complex forms with anthocyanidin delphinidin and petunidin, and flavonol kaempferol were determined to resolutions of 1.85 , 2.55 , 2.70 and 1.75 respectively. The anthocyanidin- and flavonol-acceptor binding details are almost identical in each complex structure, although the glucosylation activities against each acceptor were significantly different. The acceptor substrates in UGT78K6 are reversely bound to its binding site by a 180 rotation about the O1-O3 axis of the flavonoid backbones observed in GT1 and UGT78G1. These substrate recognition schemes suggest the potential for controlled synthesis of natural pigments.