東京大学(東大)は、これまでの研究にて水素エネルギーを用いて二酸化炭素を同化し、これを唯一の炭素源として増殖可能な微生物である「絶対独立栄養性水素細菌(Hydrogenobacter thermophilus)」より発見していた新たなホスホセリン脱リン酸化酵素(PSP)として機能するのに重要な因子を特定したと発表した。

同成果は同大大学院農学生命科学研究科 応用生命工学専攻の千葉洋子氏(当時:博士課程3年、日本学術振興会特別研究員DC)、同 堀田彰一朗氏(当時:博士課程3年、 日本学術振興会特別研究員DC)、同 大塚淳 特任助教、同 新井博之 助教、同 永田宏次 准教授、同 五十嵐泰夫 教授(当時)、同 田之倉優 教授、同 石井正治 准教授らによるもの。詳細は「The Journal of Biological Chemistry」(オンライン版)に掲載された。

研究グループが発見していたPSPは、従来のPSPとは起源がまったく異なるものであり、研究グループではこのPSPに対し、類似のタンパク質が多種多様な生物に存在し、セリンの生合成に寄与していることも予測していた。しかし、この新規PSPに類似のタンパク質の基質選択性は複雑で、遺伝子データベース上の新規PSP類似タンパク質遺伝子が本当にPSPとして機能しているのか、それとも他の機能を有するのか見分けるのは困難であったという。そこで今回、研究グループは新規PSPのX線結晶構造解析を行い、その調査を行ったという。

その結果、新規PSPの高分解能結晶構造から、ホスホセリンと相互作用可能な85番目のヒスチジン側鎖および活性ポケットの蓋となるC末端のアミノ酸数残基が新規PSPの特徴であることが示唆されたことから、さらに、それらの部位に変異を加えたタンパク質の解析を進めたところ、同部位がPSPとして機能するのに重要であることが実証されたとする。

また、他生物が有する新規PSPに類似のタンパク質を解析した結果、85番目のヒスチジン側鎖とC末端のアミノ酸数残基を有するもののみが高いPSP活性を有し、セリン生合成酵素として機能可能なことが明らかになったという。

これらの結果、新規PSPと同様にPSPとして働いているタンパク質をゲノムデータベースから高精度で予測することが可能となったと研究グループでは説明しており、これにより、絶対独立栄養性水素細菌だけでなく、シアノバクテリアなどの性質の異なる生物にも新規PSPが存在することが示されることとなり、さまざまな生物におけるセリン生合成経路を知ることができるようになったという。

新規PSPの全体構造、ならびにPSPと近縁タンパク質の配列の比較