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化学と生物 Vol. 54, No. 5, 2016
ピリドキサルリン酸依存性転写調節因子の機能発現メカニズム
ビタミン B6 に依存する細菌転写制御因子
ビタミンB6はピリドキサル5′-リン酸（PLP）の形で，
主としてアミノ酸代謝関連酵素の補酵素として働くと理 解されている．しかしPLPは細菌の転写調節因子の構 成成分として，遺伝子の発現制御にも関与することが知 られている．細菌の転写調節因子であるGntRスーパー ファミリータンパク質は，保存性の高いN末端側の DNA結合ドメインと多様性に富むC末端ドメインで構 成される．C末端ドメインはオリゴマー化とエフェク ター結合に関与すると考えられているが，GntRスー パーファミリーの一つであるMocR/GabRサブファミ リーに属するタンパク質のC末端ドメインは，PLP酵素 であるアミノトランスフェラーゼと高い相同性を有す る．MocR/GabRサブファミリーの中で最も研究が進ん でいる のGabRは
γ
-アミノ酪酸（GABA）の資化にかかわる転写調節因子であり，Belitskyらによ りその生理的役割が解明された(1, 2)．GabRは，自身を コ ー ド す る 遺 伝 子 と こ れ と 逆 向 き に 隣 接 す る オペロンの間に結合する． , はそれぞ れGABAと
α
-ケトグルタル酸の間のアミノ基転移反応 を触媒するGABAアミノトランスフェラーゼ（GAB- AT）とコハク酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼ（SSDH）をコードする．GABAT反応の結果グルタミ ン酸とコハク酸セミアルデヒド（SS）が生成し，SSは SSDHによってNAD＋依存的にコハク酸に酸化される．
GabRはGABA非存在下で プロモーターを抑制 し，GABA存在下で活性化する．すなわちGabRによる 転写の制御はGABAの資化に対し合目的的に機 能している．
GabRはPLPを有するが，転写調節においてPLPはど のような役割を果たしているのだろうか．X線結晶構造 解析の結果では，GabRのN末端ドメインとC末端ドメ インは29アミノ酸残基からなるリンカーで結合し，
head-to-tail型のホモダイマーを構成している(3, 4)（図 1A）．C末端ドメインは HB27の 2-ア ミ ノ ア ジ ピ ン 酸 ア ミ ノ ト ラ ン ス フ ェ ラ ー ゼ
（AAA T）などと高い相同性を有する．GabRはGABA と
α
-ケトグルタル酸との間のアミノ基転移反応は触媒し ないが，アミノトランスフェラーゼにおいてその活性発現に必要な残基の多くを保存している．Belitskyらはそ のような残基の変異によって，GabRが の転写活 性化能を消失することを報告しており，GabRによる転 写活性化がアミノトランスフェラーゼ反応（図1B）と 共通の過程を経て起こる可能性が示唆されていた．
GabRとGABAの反応はアミノトランスフェラーゼ反 応のどの段階までを共有しているのだろうか．GABA の添加はGabRの吸収スペクトルの420 nmのピークの 減少と330 nmのピークの増加をもたらす．反応後の補 酵素の解析や蛍光スペクトル分析の結果から，増加した 330 nmピークはPLPとGABA間で形成される分子外 シッフ塩基（図1B, （II））に由来すると考えられ，GabR とGABAの反応はこの段階で平衡に達するものと予想 された(4)．
精製GabRとGabR結合領域を含む51 bpのDNAフラ グメントとの結合について，等温滴定カロリメトリー
（ITC）を用いた熱力学的解析が行われた．その結果，
GabRのリガンドであるGABAとPLPの有無でGabRと DNAとの結合におけるΔ bindingすなわちGabRとDNA の親和性は変わらないものの，Δ bindingに対するΔ と Δ の寄与が大きく変化することが明らかとなった(4)． リガンドの非存在下ではΔ の寄与がΔ の寄与より大 きく，リガンド存在下ではΔ の寄与がΔ 寄与より大 きかった．またGabRモノマーとDNAフラグメントの 結合モル比（ ）はリガンドの有無にかかわらず2 : 1で あり，GabRはダイマーとしてDNAに結合するものと 考えられた．ITCの結果は，リガンドの添加によって GabRとDNAフラグメントの結合比や親和性は変わら ないものの，結合の様式が変化することを示している．
すなわちDNAに結合したGabRはGABAと分子外シッ フ塩基を形成して構造変化を起こし，DNAから遊離す ることなくDNAとの結合様式を変化させ，結果として 転 写 の 活 性 化 を も た ら す と 推 測 さ れ た(4)． AAA Tなどのアミノトランスフェラーゼでは，基質の 結合によってopen型からclosed型へのコンフォメー ション変化が起こる．GABAの結合によるGabRの構造 変化はこのアミノトランスフェラーゼのコンフォメー ション変化に対応するものと考えられる．
日本農芸化学会
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ところでGabRのN末端およびC末端ドメインに相当 するペプチドN′-GabRとC′-GabRはそれぞれ単独で
の可溶性画分に発現するため，各ドメインは独立し たフォールディングユニットとして振る舞う可能性が高 い(5)．なおN′-GabRとC′-GabRは共存させてもオリゴ マ ー 構 造 は と ら な い．N′-GabRは，単 独 で も ま た C′-GabRの共存下でも上記のDNAフラグメントとの結 合能を示さない．一方，野生型GabRのC末端ドメイン 部 分 を，ダ イ マ ー 構 造 を 有 す る の AAA Tと置き換えた融合タンパク質はDNAと結合で きるため，DNA結合には二量体化が必須であると予想 された．なおゲルシフトアッセイによればこの融合タン パク質はAAA Tの基質である2-アミノアジピン酸の添 加によってDNAとの親和性を変化させたことから，
GabRのC末端ドメインを交換することによりアクティ ベーターとして働くアミノ酸を変更できる可能性がうか がわれた(5)．
以上のようにGabRは結合PLPのユニークな機能とと もに，そのモジュール構造においても興味深い．また MocR/GabRスーパーファミリーに属する転写調節因子 は，グラム陽性菌，グラム陰性菌を問わずさまざまな細 菌に広範に存在することから，GabRの研究は将来的に は転写調節の撹乱を目的とした新たな抗生物質の創成に 役立つかもしれない．
1) B. R. Belitsky & A. L. Sonenshein: , 45, 569 (2002).
2) B. R. Belitsky: , 186, 1191 (2004).
3) R. Edayathumangalam, R. Wu, R. Garcia, Y. Wang, W.
Wang, C. A. Kreinbring, A. Bach, J. Liao, T. A. Stone, T.
C. Terwilliger : , 110,
17820 (2013).
4) K. Okuda, S. Kato, T. Ito, S. Shiraki, S. Kawase, M. Goto, S. Kawashima, H. Hemmi, H. Fukada & T. Yoshimura:
, 95, 245 (2015).
5) K. Okuda, T. Ito, M. Goto, T. Takenaka, H. Hemmi & T.
Yoshimura: , 158, 225 (2015).
（吉村 徹，名古屋大学大学院生命農学研究科）
プロフィール
吉 村 徹（Tohru YOSHIMURA）
＜略歴＞1979年京都大学農学部農芸化学 科卒業／1984年同大大学院農学研究科農 芸化学専攻博士課程単位認定退学／1985 年京都工芸繊維大学繊維学部助手／1989 年京都大学化学研究所助手／1997年同助 教授／2003年名古屋大学大学院生命農学 研究科教授＜研究テーマと抱負＞D-アミ ノ酸の生理機能と代謝酵素，ビタミンB6 酵素の構造と機能，発酵熱の生成機構，な ど＜趣味＞マイナーな作曲家の音楽を聴く こと，山歩き
Copyright © 2016 公益社団法人日本農芸化学会 DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.54.303 図1■（A） GabRの ダ イ マ ー 構 造．（B）
GABAを基質としたアミノトランスフェ ラーゼ反応の半反応
（A）PDBファイル4 mgrを基にPyMOLにて 作製した．（B）（I）分子内シッフ塩基，（II）
分子外シッフ塩基，（III）キノノイド中間体，
（IV）ケチミン中間体，（V）コハク酸セミア ル デ ヒ ド と ピ リ ド キ サ ミ ン5′-リ ン 酸
（PMP）．GABAとα-ケトグルタル酸からグ ルタミン酸とコハク酸セミアルデヒドを生成 する反応（全反応）では，生成したPMPと α-ケトグルタル酸が反応して，上記の過程を 逆に進行してPLPとグルタミン酸が生じる．
日本農芸化学会
