Identification of Substrate Specificity Determinant of Achromobacter Protease I (API) and Catalytic Activity of Mutant D225E for Ornithine Substrate

Achromobacter Protease I (API)의 기질특이성 결정기의 동정과 변이체[D225E]의 Ornithine 기질에 대한 촉매활성

The structural basis of Iysine specificity of Achromobacter protease I (API) was investigated by means of site-directed mutagenesis. The precursor protein in which Glu190, one of the two candidates for determining Iysine specificity, was substituted by glutamine, aspartic acid or leucine was processed autocatalytically to attaln full pretense activity with lysine specificity. The substitution of the other candidate, Asp225, for asparagine or leucine produced no mature active forms of pro-API. The precursor protein of the mutant D225E slowly matured autocatalytically. The lysylendopeptidase activity of the mature D225E was 0.25% of that of native API, and this reduced activity is mainly due to a decrease in the affinity of the enzyme for lysine. These results suggest that Asp225 plays a critical rol in restricted substrate specificity as a lysylendopeptidase. However, D225E exhibited no measurable activity for synthetic ornithine substrate. Since the hydroxyl group of Ser194 in this mutant retained essentially the same reactivity to DFP or PMSF as that in native API, it can be noted that a methylene unit longer side chain of residue 225 is not compensated by a methylene unit shorter side chain at subsite P1 in the bound substrate.

부위특이적 변이제작을 통하여 Achromobacter protease I (API)의 lysin에 대한특이성의 구조적 근거를 조사하였다. Lysine 특이성을 결정하는 결정기로서 예상되는 잔기중의 하나인 Glu190을 glutamine, aspartic acid, leucine으로 치환하였을 경우, 전구체단백질은 Iysine 특이성을 가진 완전한 활성효소로서 발현되어 자기촉매적으로 processing되었다. 다른 하나의 잔기인 Asp225을 asparagine, leucine으로 치환한 변이체에서는 불활성 전구체인 pro-API으로서 발현되었으나, 변이체 (D225E)의 경우는 서서히 자기촉매적으로 maturation 되었다. 성숙체인 변이체 (D225E)의 Iysylendopeptidase 활성은 wild-type APl의 0.25%이였으며, 이 활성의 감소는 기질 Iysine과 효소와의 친화력 감소가 주 원인이었다. 이러한 결과로부터 Asp225가 Iysylendopeptidase의 엄격한 기질특이성에 결정적인 역할을 담당한다는 것이 시사되었다. 한편, 변이체 (D225E)는 ornithine 기질에 대해서 효소활성 이 검출되지 않았다. 이 변이체의 촉매잔기인 Ser194가 native API과 마찬가지로 DFP, PMSF와 근본적으로 동일한 반응성이 있는 것으로 나타나 225번 위치의 methylene 1 unit 더 긴 측사는 subsite P1의 methylene 1 unit 짧은 측사에 의해 보상되지 않는다는 것을 알 수 있었다.