โครงสร้างสามมิติของเอนไซม์เบนโซฟีโนนซินเทสจากเปลือกมังคุด

เขียนโดย piyatida_a

          สารประกอบแซนโทน เป็นสารกลุ่มฟีนอล ซึ่งมีรายงานวิจัยว่าอนุพันธ์ของแซนโทนหลายชนิดมีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระได้ดี ซึ่งผศ.ดร. นาฏศจี นวลแก้ว อาจารย์คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น มีความสนใจแอลฟาแมงโกสติน ซึ่งเป็นสารกลุ่มแซนโทนในเปลือกมังคุดที่ถูกผลิตขึ้นโดยการเร่งปฏิกริยาของเอนไซม์เบนโซฟีโนนซินเทส ซึ่งเป็นเอนไซม์ในกลุ่มโพลีคีไทด์ซินเทสและเป็นเอนไซม์ตัวแรกที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกริยาในวิถีชีวสังเคราะห์ของสารกลุ่มแซนโทน ซึ่งสารกลุ่มนี้มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ได้แก่ ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ และฤทธิ์ต้านเซลล์มะเร็ง กระบวนการสังเคราะห์สารประกอบพอลิคีไทด์ในธรรมชาติ เกิดจากอนุพันธ์ของโคเอมไซม์เอ (coenzyme A, CoA) ได้แก่ มาโลนิลโคเอ (malonyl CoA) กับเบนโซอิลโคเอนไซม์เอ (benzoyl coenzyme A; benzoyl CoA) ทำปฏิกิริยาการควบแน่น ซึ่งเร่งปฏิกริยาโดยเอนไซม์เบนโซฟีโนนซินเทสจากเปลือกมังคุด

          จากความสำคัญของเอนไซม์ดังกล่าว ผศ.ดร. นาฏศจี นวลแก้ว จึงสนใจศึกษาโครงสร้างโปรตีนเบนโซฟีโนนซินเทส ซึ่งสามารถผลิตเอนไซม์บริสุทธิ์และศึกษาชนิดของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเร่งปฏิกริยาของเอนไซม์ พบว่า 2,4,6-trihydroxybenzophenone (รูปที่ 1A) ที่ผลิตได้จะถูกเปลี่ยนเป็นแอลฟาแมงโกสติน (รูปที่ 1B) ในวิถีชีวสังเคราะห์

รูปที่ 1 (A) โครงสร้างเคมีของผลิตภัณฑ์ 2,4,6-trihydroxybenzophenone จากการเร่งปฏิกริยาของเอนไซม์เบนโซฟีโนนซินเทส (B) โครงสร้างเคมีของแอลฟาแมงโกสติน

          ในการวิเคราะห์โครงสร้างสามมิติของเอนไซม์ ด้วยเทคนิค Macromolecular X-ray Crystallography  ดร. ชมภูนุช ส่งสิริฤทธิกุล นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสงของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนได้เตรียมผลึกของโปรตีนเบนโซฟีโนนซินเทส และสามารถเก็บข้อมูลการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ได้ความละเอียดระดับ 2.3 อังสตรอม พบว่าโครงสร้างโปรตีนประกอบด้วยการจับตัวกันของสายโพลีเปปไทด์ 2 หน่วยย่อยที่เหมือนกัน แต่ละหน่วยมีรูปร่างแบบเกลียวแอลฟาสลับกับแบบแผ่นพับซ้อน (αβαβα fold) ดังแสดงในรูปที่ 2A เมื่อเปรียบเทียบโครงสร้างสามมิติของเอนไซม์ กับพอลิคีไทด์ซินเทสประเภทที่สาม (ซึ่งมักพบในพืชเป็นส่วนใหญ่) พบว่าโครงสร้างโปรตีนมีความคล้ายทั้งรูปร่างและขนาด แต่มีตำแหน่งของกรดอะมิโนต่างๆ ที่บริเวณเร่งมีหน้าที่สำคัญ  (รูปที่ 2B) ซึ่งมีผลต่อความจำเพาะของเอนไซม์ต่อสับสเตรท และความจำเพาะต่อผลิตภัณฑ์ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้น 

รูปที่ 2 (A) โครงสร้างสามมิติของเอนไซม์เบนโซฟีโนนซินเทสจากเปลือกมังคุด (PDB code 7CBF) (B) โครงสร้างบริเวณเร่งแสดงกรดอะมิโนที่สำคัญ

          ผลจากการวิเคราะห์โครงสร้างโปรตีน สามารถใช้ในการออกแบบการทำวิศวกรรมโปรตีน เพื่อสร้างมิวแตนท์ให้สามารถรับสารตั้งต้นที่หลากหลาย คาดหวังให้เอนไซม์สามารถเพิ่มผลิตภัณฑ์ได้มากขึ้น หรือผลิตสารชนิดใหม่ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพได้หลากหลายยิ่งขึ้น

คณะผู้วิจัย

ผศ.ดร. นาฏศจี นวลแก้ว คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
ดร. ชมภูนุช ส่งสิริฤทธิกุล สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) และศูนย์โครงสร้างและฟังก์ชั่นการประยุกต์ใช้ชีวโมเลกุล
Prof. Dr. James Ketudat-Cairns ศูนย์โครงสร้างและฟังก์ชั่นการประยุกต์ใช้ชีวโมเลกุล สำนักวิชาวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี
Prof. Dr. Chun-Jung Chen, Scientific Research Division, National Synchrotron Radiation Research Center, Hsinchu, Taiwan

เอกสารอ้างอิง

1. Songsiriritthigul, C., Nualkaew, N., Ketudat-Cairns, J. & Chen, C-J. (2020). Crystal structure of benzophenone synthase from Garcinia mangostana L. pericarps reveals basis for substrate specificity and catalysis. Acta Crystallographica F: Structural Biology Communications. F76, 597-603.
2. Nualkaew, N., Morita, H., Shimokawa, Y., Kinjo, K., Kushiro, T., De-Eknamkul, W., Ebizuka, Y. & Abe, I. (2012). Benzophenone synthase from Garcinia mangostana L. pericarps. Phytochemistry. 77, 60-69.