スーパーオキシドや過酸化水素などのROSは、細胞代謝の天然副産物として、および細胞が放射線や毒素などの外部ストレッサーにさらされる場合に生成されます。 ROSは細胞のシグナル伝達と免疫に役割を果たしていますが、過剰なレベルは酸化ストレスや損傷タンパク質、脂質、およびDNAを引き起こし、細胞死とさまざまな疾患を引き起こす可能性があります。
酸化的損傷に対する主要な防御メカニズムの1つは、スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）などの抗酸化酵素を含みます。特に、ミトコンドリアマトリックスに位置するマンガンスーパーオキシドジスムターゼ（MNSOD）は、スーパーオキシドラジカルの過酸化水素と酸素への変換を触媒する重要な酵素です。
細胞を酸化的損傷から保護する際のMNSODの重要性にもかかわらず、この機能を実行する詳細な分子メカニズムは不明のままでした。これらの秘密を明らかにするために、Riken Sustainable Resource Science（CSRS）の研究者が率いる科学者の国際チームと、分子生物学および遺伝学研究所（IMBG）がヒトMNSODの構造を決定するために設立されました。
最先端の極度電子顕微鏡技術を使用して、研究者は2.8Åの解像度でヒトMNSODの構造を成功裏に視覚化しました。この高解像度構造は、タンパク質の原子の正確な配置を明らかにし、その分子アーキテクチャの詳細な理解を提供しました。
研究者たちは、ヒトMNSODがホモテトラム構造を形成し、4つの同一のサブユニットが四面体形状に配置されていることを発見しました。この組織は、スーパーオキシド変換反応が起こる各サブユニットの各ペアのインターフェイスにアクティブサイトを作成します。
さらに、この構造は、基質結合時に立体構造の変化を受ける活性部位の近くに柔軟なループ領域を明らかにしました。この立体構造の変化により、タンパク質はスーパーオキシド分子を効率的に捕捉し、それらの変換を触媒し、酸化ストレスに対する保護機能を高めます。
この研究の結果は、酸化的損傷に対する細胞の保護におけるMNSODの分子メカニズムに関する重要な洞察を提供します。これらの構造的および機械的な詳細を理解することで、酸化ストレスに対する細胞耐性を高め、酸化ストレス関連疾患と戦うための新しい治療戦略の開発への道を開くことができます。
「ヒトのマンガンスーパーオキシドジスムターゼのCryo-EM構造は、スーパーオキシド変換の分子メカニズムを明らかにしている」というタイトルのこの研究は、Journal Nature Communicationsに掲載されました。
