Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2749610.32607/actanaturae.27496Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleInsights into the Functioning of the D-amino Acid Transaminase from Haliscomenobacter Hydrossis via a Structural and Spectral Analysis of its Complex with 3-Aminooxypropionic AcidВзаимодействие трансаминазы D-аминокислот из Haliscomenobacter hydrossis с 3-аминооксипропионовой кислотой: спектральный и структурный анализBakunovaA. K.БакуноваА. К.
Russian Federation
eubez@inbi.ras.ruMatyutaI. O.МатютаИ. О.
Russian Federation
eubez@inbi.ras.ruNikolaevaA. Yu.НиколаеваА. Ю.
Russian Federation
eubez@inbi.ras.ruBoykoK. M.БойкоК. М.
Russian Federation
eubez@inbi.ras.ruKhomutovA. R.ХомутовА. Р.
Russian Federation
eubez@inbi.ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4954-7547BezsudnovaE. Yu.БезсудноваЕ. Ю.
Russian Federation

eubez@inbi.ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0133-7962PopovV. O.ПоповВ. О.
Russian Federation
eubez@inbi.ras.ruBach Institute of Biochemistry, Research Centre of Biotechnology of the Russian Academy of SciencesИнститут биохимии имени А.Н. Баха, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАНNational Research Centre “Kurchatov Institute”Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesИнститут молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАНDepartment of Biology, Lomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет1211202416318242108202419092024Copyright ©; 2024, Bakunova A.K., Matyuta I.O., Nikolaeva A.Y., Boyko K.M., Khomutov A.R., Bezsudnova E.Y., Popov V.O.Copyright ©; 2024, Бакунова А.К., Матюта И.О., Николаева А.Ю., Бойко К.М., Хомутов А.Р., Безсуднова Е.Ю., Попов В.О.2024Bakunova A.K., Matyuta I.O., Nikolaeva A.Y., Boyko K.M., Khomutov A.R., Bezsudnova E.Y., Popov V.O.Бакунова А.К., Матюта И.О., Николаева А.Ю., Бойко К.М., Хомутов А.Р., Безсуднова Е.Ю., Попов В.О.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27496

Pyridoxal-5’-phosphate-dependent enzymes play a crucial role in nitrogen metabolism. Carbonyl compounds, such as O-substituted hydroxylamines, stand out among numerous specific inhibitors of these enzymes, including those of practical importance, because they react with pyridoxal-5’-phosphate in the active site of the enzymes to form stable oximes. O-substituted hydroxylamines mimic the side group of amino acid substrates, thus providing highly potent and specific inhibition of the corresponding enzymes. The interaction between D-amino acid transaminase from bacterium Haliscomenobacter hydrossis and 3-aminooxypropionic acid was studied in the present work. The structural and spectral analysis of the complex of this transaminase with 3-aminooxypropionic acid allowed us to clarify some features of the organization and functioning of its active site and illustrate one of the mechanisms of inhibition by the specific substrate, D-glutamic acid.

Пиридоксаль-5’-фосфат-зависимые ферменты занимают ключевое место в азотистом обмене. Среди многочисленных и специфических ингибиторов этих ферментов, включая и практически значимые, важное место отводится карбонильным соединениям, в том числе и О-замещенным гидроксиламинам, которые реагируют в активном центре ферментов с пиридоксаль-5’-фосфатом с образованием стабильных оксимов. Использование эфиров гидроксиламина, имитирующих строение боковых групп субстратов аминокислот, позволяет получать высокоэффективные и специфические ингибиторы соответствующих ферментов. В настоящей работе этот подход применили к изучению свойств трансаминазы D-аминокислот из бактерии Haliscomenobacter hydrossis. Структурный и спектральный анализ комплекса этой трансаминазы с 3-аминооксипропионовой кислотой позволил уточнить особенности организации и функционирования ее активного центра и один из механизмов ингибирования специфическим субстратом D-глутаминовой кислотой.

transaminaseenzymatic catalysiscrystal structureinhibitor3-aminooxypropionic acidтрансаминазаферментативный катализкристаллическая структураингибитор3-аминооксипропионовая кислотаРоссийский научный фонд, (грант)Russian Science Foundation (grant)23-74-30004Eliot A.C., Kirsch J.F. // Annu. Rev. Biochem. 2004. V. 73. P. 383–415.1.Eliot A.C., Kirsch J.F. // Annu. Rev. Biochem. 2004. V. 73. P. 383–415.Steffen-Munsberg F., Vickers C., Kohls H., Land H., Mallin H., Nobili A., Skalden L., van den Bergh T., Joosten H.-J., Berglund P., Höhne M., Bornscheuer U.T. // Biotechnol. Adv. 2015. V. 33. P. 566–604.2.Steffen-Munsberg F., Vickers C., Kohls H., Land H., Mallin H., Nobili A., Skalden L., van den Bergh T., Joosten H.-J., Berglund P., Höhne M., Bornscheuer U.T. // Biotechnol. Adv. 2015. V. 33. P. 566–604.Braunstein A.E. Amino Group Transfer. The Enzymes / Ed. Boyer P.D. London: Acad. Press, 1973. V. 9. P. 379–481.3.Braunstein A.E. Amino Group Transfer. The Enzymes / Ed. Boyer P.D. London: Acad. Press, 1973. V. 9. P. 379–481.Winkler C.K., Schrittwieser J.H., Kroutil W. // ACS Cent. Sci. 2021. V. 7. P. 55–71.Madsen J.Ø., Woodley J.M. // ChemCatChem. 2023. V. 15. № 13. P. e202300560.Madsen J.Ø., Woodley J.M. // ChemCatChem. 2023. V. 15. № 13. e202300560.Delbaere L.T.J., Kallen J., Markovic-Housley Z., Khomutov A.R., Khomutov R.M., Karpeisky M.Y., Jansonius J.N. // Biochimie. 1989. V. 71. P. 449–459.Markovic-Housley Z., Schirmer T., Hohenester E., Khomutov A.R., Khomutov R.M., Karpeisky M.Y., Sandmeier E., Christen P., Jansonius J.N. // Eur. J. Biochem. 1996. V. 236. P. 1025–1032.Satshenko L.P., Severin E.S., Khomutov R.M. // Biochemistry (Moscow). 1968. V. 33 № 1. P. 142–147.Сащенко Л.П., Северин Е.С., Хомутов Р.М. // Биохимия. 1968. Т. 33. № 1. С. 142–147.Khomutov R.M., Denisova G. F., Khomutov A.R., Belostotskaja K.M., Schlosman R.B., Artamonova E. Yu. // Bioorg. Khimia (Moscow) 1985. V. 11. № 11. P. 1574–1576.Хомутов Р.М., Денисова Г.Ф., Хомутов А.Р., Белостоцкая К.М., Шлосман Р.Б., Артамонова Е.Ю. // Биоорган. химия. 1985. Т. 11. № 11. С. 1574–1576.Hyvönen M.T., Keinänen T.A., Nuraeva G.K., Yanvarev D. V., Khomutov M., Khurs E.N., Kochetkov S.N., Vepsäläinen J., Zhgun A.A., Khomutov A.R. // Biomolecules. 2020. V. 10. P. 406.Liu W., Peterson P.E., Carter R.J., Zhou X., Langston J.A., Fisher A.J., Toney M.D. // Biochemistry. 2004. V. 43. P. 10896–10905.Zhou X.E., Suino-Powell K., Schultz C.R., Aleiwi B., Brunzelle J.S., Lamp J., Vega I.E., Ellsworth E., Bachmann A.S., Melcher K. // Biochem. J. 2021. V. 478. P. 4137–4149.Shilova S.A., Matyuta I.O., Khrenova M.G., Nikolaeva A.Y., Klyachko N.L., Minyaev M.E., Khomutov A.R., Boyko K.M., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Biochem. J. 2023. V. 480. P. 1267–1284.Bakunova A.K., Nikolaeva A.Y., Rakitina T.V., Isaikina T.Y., Khrenova M.G., Boyko K.M., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Molecules. 2021. V. 26. P. 5053.Bakunova A.K., Isaikina T.Y., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Catalysts 2022. V. 12. P. 1551.Bakunova A.K., Isaikina T.Y., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 1551.Bakunova A.K., Matyuta I.O., Minyaev M.E., Isaikina T.Y., Boyko K.M., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Arch. Biochem. Biophys. 2024. V. 756. P. 110011.Bakunova A.K., Matyuta I.O., Nikolaeva A.Y., Boyko K.M., Popov V.O., Bezsudnova E.Yu. // Biochem. 2023. V. 88. P. 687–697.Winter G., Waterman D.G., Parkhurst J.M., Brewster A.S., Gildea R.J., Gerstel M., Fuentes-Montero L., Vollmar M., Michels-Clark T., Young I.D., et al. // Acta Crystallogr. Sect. D Struct. Biol. 2018. V. 74. P. 85–97.Collaborative Computational Project, Number 4 // Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 1994. V. 50. P. 760–763.Vagin A., Teplyakov A. // J. Appl. Crystallogr. 1997. V. 30. P. 1022–1025.20.Vagin A., Teplyakov A. // J. Appl. Crystallogr. 1997. V. 30. P. 1022–1025.Murshudov G.N., Skubák P., Lebedev A.A., Pannu N.S., Steiner R.A., Nicholls R.A., Winn M.D., Long F., Vagin A.A. // Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr. 2011. V. 67. P. 355–367.Emsley P., Lohkamp B., Scott W.G., Cowtan K. // Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr. 2010. V. 66. P. 486–501.Morozov V.Y. Vitamin B – pyridoxal phosphate. Part A. / Eds Dolphin D., Poulson R., Avramovic O. New York: John Wiley & Sons, 1986. P. 131–222.Dirksen A., Dawson P.E. // Bioconjug. Chem. 2008. V. 19. P. 2543–2548.Castro-Oropeza R., Pino-Ángeles A., Khomutov M.A., Urdiales J.L., Moya-García A.A., Vepsäläinen J., Persson L., Sarabia F., Khomutov A., Sánchez-Jiménez F. // Amino Acids. 2014. V. 46. P. 621–631.Khomutov A.R., Gabibov A.G., Khurs E.N., Tolosa E.A., Shuster A.M., Goryachenkova E.V., Khomutov R.M. Biochemistry of Vitamin B6 / Eds Christen P., Korpela T. Basel: Birkhauser, 1987. P. 317–321.Peisach D., Chipman D.M., van Ophem P.W., Manning J.M., Ringe D. // Biochemistry. 1998. V. 37. P. 4958–4967.Shilova S.A., Khrenova M.G., Matyuta I.O., Nikolaeva A.Y., Rakitina T.V., Klyachko N.L., Minyaev M.E., Boyko K.M., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Molecules. 2023. V. 28. P. 2109.Bakunova A.K., Kostyukov A.A., Kuzmin V.A., Popov V.O., Bezsudnova E.Y. // Biochim. Biophys. Acta – Proteins Proteomics. 2023. V. 1871. P. 140886.Hayashi H., Mizuguchi H., Miyahara I., Islam M.M., Ikushiro H., Nakajima Y., Hirotsu K., Kagamiyama H. // Biochim. Biophys. Acta – Proteins Proteomics. 2003. V. 1647. P. 103–109.