GHKL ATPase は独自の Bergerat ATP 結合フォールドを共有し、ATP 依存的な構造変化によって多様な生物学的プロセスを制御する。このファミリーにおける ATP 加水分解の初期段階は、一般塩基として機能すると提案された高度に保存されたグルタミン酸残基1つによって担われるとされてきた。しかしこの残基の変異は、ATPase 活性と ATP 結合の両方を損なうため、その触媒的役割の解釈が複雑になる。高分解能の結晶構造の再検討により、核攻撃性の水分子から水素結合距離に位置する第2の保存された酸性残基が明らかになった。モデル酵素として Aquifex aeolicus の MutL と GyrB を用い、系統的変異導入、ATPase および ATP 結合アッセイ、ならびに X 線結晶構造解析を組み合わせることで、これら残基の役割を解き明かした。核攻撃性の水の配向は、保存されたグルタミン酸が水素結合供与能を保持している限り維持できるが、効率的な ATP 加水分解には、2つの酸性残基の少なくとも1つにプロトン受容能が必要であることを示す。これらの結果は、保存されたグルタミン酸が主として核攻撃性の水の位置決めを担い、一方で触媒のための水の活性化は、2つの酸性残基による協調的な一般塩基機能によって達成されることを示唆する。この枠組みをヒトの MutL ホモログに拡張し、PMS2 および MLH1 について、DNA ミスマッチ修復タンパク質における臨床的に報告された意義不明のバリアントが ATPase 活性を大きく低下させ、機能障害をもたらすことを示した。以上の知見により、GHKL ATPase の触媒機構が洗練され、疾患関連バリアントを解釈するための構造的および機能的枠組みが提供される。さらに系統解析および祖先状態解析から、第2の酸性残基は主要な GHKL ATPase 系統の共通祖先に存在していた可能性が高いが、その後 Hsp90 を含む枝で修飾され、触媒機構の進化的リモデリングが起きたことが示された。
https://doi.org/10.64898/2026.03.31.715682