| Project Area | Life Science Innovation Driven by Supersulfide Biology |
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| Project/Area Number |
21H05260
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
和田 啓 宮崎大学, 医学部, 教授 (80379304)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 良和 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥72,280,000 (Direct Cost: ¥55,600,000、Indirect Cost: ¥16,680,000)
Fiscal Year 2024: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
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| Keywords | 超硫黄分子 / X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡解析 / 鉄硫黄クラスター / グルタチオン |
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| Outline of Research at the Start |
ごく最近、生体内において硫黄原子が複数連結した「超硫黄分子」が発見された。本研究では、タンパク質中における超硫黄分子の反応性/機能性を理論的に議論するために、原子・分子レベルでの「可視化」を進める。これまで超硫黄分子の原子レベルでの構造解析の前例がないことから、本研究では二つの異なる手法（X線結晶構造解析およびクライオ電子顕微鏡解析）を用いて可視化を目指す。本課題の成果は、現在謎に包まれている超硫黄分子を理論的に解釈できるようになるだけでなく、今後の応用展開に向けての理論基盤を与える。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、超硫黄分子種がもつ立体構造およびタンパク質への結合様式を原子レベルで可視化することである。タンパク質との相互作用によって初めて顕 在化する超硫黄分子の活性化状態、例えば分子内双極子モーメントや超原子価状態による触媒反応などを捉え、立体化学をベースに生理学的な意義に迫る。タン パク質と協働して機能する超硫黄分子の可視化を目指し、システインを生合成材料としている二つの系「鉄硫黄クラスター 生合成系」および「グルタチオン代謝 系」に加え、超硫黄分子の結合タンパク質にも着目する。X線結晶構造解析(電子密度解析)およびクライオ電顕解析(原子電荷粒子解析)を併用することで、タンパク質内でインタクトな超硫黄分子構造を明らかにする。本年度は以下の項目を実施した。
[1] 鉄硫黄クラスター合成の超硫黄分子結合型コア複合体の構造解析:クライオ電子顕微鏡解析像の構造解析により、ATP依存的な構造変化の可視化に成功した。
[2]超硫黄型グルタチオン分解酵素の構造機能解析：昨年度にはグルタチオン分解酵素が超硫黄型基質も分解できることを明らかにした。本年度は、超硫黄型基質の結合様式を明らかにするために、X線結晶構造解析（クライオトラップ法）での立体構造決定を進めた。
[3]超硫黄分子の関連タンパク質郡の発現精製：領域内共同研究により、超硫黄分子の機能が関与する種々のタンパク質を発現させた。立体構造解析を目的として、精製と結晶化スクリーニングを行った、
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題では、二つの系「鉄硫黄クラスター生合成系」および「グルタチオン代謝系」での超硫黄化合物の可視化を目指している。上記、[1]は鉄硫黄クラスター生 合成系、[2]はグルタチオン代謝系の成果であり、さらに[3]では新たなタンパク質をターゲットにしている。概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の項目の実施を計画している。
・超硫黄分子結合型複合体のFe-Sクラスター結合状態のクライオ電子顕微鏡解析像の構造解析を進める。
・さまざまな微生物に由来する鉄硫黄クラスター合成系にも着目して、硫黄リッチな環境での鉄硫黄クラスター合成系もターゲットにした実験を展開する。
・超硫黄型グルタチオンを用いてグルタチオン代謝酵素の超硫黄認識および切断機構を分子レベルで明らかにし、その生理学的な意義を解明する。
・これまでの研究により同定された新たな超硫黄分子結合タンパク質の性状解析、立体構造解析を進める。
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