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極限環境生物由来ヘムタンパク質の構造および機能解明

Research Project

Project/Area Number 15J06345
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied biochemistry
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

藤井 創太郎  広島大学, 生物圏科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords極限環境生物 / ヘム蛋白質 / 好熱菌 / 酸耐性ユスリカ / X線結晶構造 / RNA-seq / 変異導入 / ヘモグロビン
Outline of Annual Research Achievements

【研究背景】温泉のような高温・酸性環境から見出される生物由来の蛋白質は、安定性が高く、高温・酸性条件で効率よく機能する。蛋白質が安定性を獲得するためには、内部をより密にして、相互作用等を増やすことが一般的である。しかしそれは同時に、ヘモグロビンのようなガス結合能を有するヘム蛋白質にとっては酸素親和性の低下に繋がるため、安定性とガス親和性は言わば天秤の関係にある。
【研究目的】当研究では、温泉環境に棲む生物の好熱菌や、酸耐性ユスリカ幼虫由来のヘム蛋白質に着目し、安定性とガス親和性の関係を明らかにすることとした。本研究の目的は、様々な極限環境生物由来のヘム蛋白質に着目し、それらの安定性とガス親和性に関する環境適応戦略を明らかにすることである。
【方法および結果】
好熱菌Hydrogenophilus thermoluteolus由来シトクロムc′は、安定性が高いことが特徴なガス結合型ヘム蛋白質である。当研究では、X線回折実験によりその立体構造を決定し、安定化やガス親和性に関与するアミノ酸を明らにした(S. Fujii et al., Protein Sci. 26, 737-748, 2017)。
また、酸耐性ユスリカChironomus sulfurosus幼虫は、pH 2.0の酸性環境でも正常に生育する。この幼虫をpH 2.0 およびpH 7.0の条件で飼育し、mRNA次世代シーケシングによって酸性条件下で特異的に発現する遺伝子を探索した。その結果、34,964個の遺伝子を同定し、1,204個の遺伝子がpH 2.0で発現量が増加した。目的とするヘモグロビン遺伝子に関して、21種類のヘモグロビンの立体構造予測から、安定性の向上とガスへの親和性の向上を各ヘモグロビンが役割分担していることを見出した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Structural and functional insights into thermally stable cytochrome c' from a thermophile.2017

    • Author(s)
      S. Fujii, H. Oki, K. Kawahara, D. Yamane, M. Yamanaka, T. Maruno, Y. Kobayashi, M. Masanari, S. Wakai, H. Nishihara, T. Ohkubo, Y. Sambongi.
    • Journal Title

      Protein Science

      Volume: 26 Issue: 4 Pages: 737-748

    • DOI

      10.1002/pro.3120

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Difference in NaCl tolerance of membrane-bound 5'-nucleotidases purified from deep-sea and brackish water Shewanella species.2017

    • Author(s)
      TA. Kuribayashi, S. Fujii, M. Masanari, M. Yamanaka, S. Wakai, Y. Sambongi.
    • Journal Title

      Extremophiles

      Volume: 21 Issue: 2 Pages: 357-368

    • DOI

      10.1007/s00792-016-0909-8

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Pyrophosphate hydrolysis in the extremely halophilic archaeon Haloarcula japonica is catalyzed by a single enzyme with a broad ionic strength range.2017

    • Author(s)
      S. Wakai, A. Abe, S. Fujii, K. Nakasone, Y. Sambongi
    • Journal Title

      Extremophiles

      Volume: 21 Issue: 3 Pages: 471-477

    • DOI

      10.1007/s00792-017-0917-3

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Pseudomonas aeruginosa cytochrome c551 denaturation by five systematic urea derivatives that differ in the alkyl chain length.2017

    • Author(s)
      S. Kobayashi, S. Fujii, A. Koga, S. Wakai, N. Matubayasi, Y. Sambongi
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology and Biochemistry.

      Volume: -

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thermal stability of cytochrome c′ from mesophilic Shewanella amazonensis.2015

    • Author(s)
      Yuki KATO, Sotaro FUJII, Taka-aki KURIBAYASHI, Misa MASANARI and Yoshihiro SAMBONGI
    • Journal Title

      Bioscience Biotechnology and Biochemistry

      Volume: 79 Pages: 1191-1194

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 性ユスリカChrionomus sulfurosusの酸性条件で誘導される発現遺伝子の網羅的解析2016

    • Author(s)
      藤井創太郎、河合幸一郎、三本木至宏
    • Organizer
      極限環境生物学会2016
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Functional and Structural Molecular Adaptation Strategy in Cytochrome c' from Thermophilic Hydrogenophilus thermoluteolus2016

    • Author(s)
      藤井創太郎、山根大典、三本木至宏
    • Organizer
      11th International Congress on Extremophiles
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-09-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparative study on stabilization mechanism of monomeric cytochrome c5 from deep-sea piezophilic Shewanella violacea2016

    • Author(s)
      藤井創太郎、政成美沙、三本木至宏
    • Organizer
      5th International Workshop on Deep Sea Microbiology
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-09-10
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸性環境で高発現する耐酸性ユスリカ幼虫由来遺伝子の網羅的解析2016

    • Author(s)
      藤井創太郎、河合幸一郎、三本木至宏
    • Organizer
      日本農芸化学会中四国支部第44回講演会
    • Place of Presentation
      岡山県立大学
    • Year and Date
      2016-01-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 好熱菌由来シトクロムc′への変異導入による安定性変化2016

    • Author(s)
      山根大典、藤井創太郎、三本木至宏、山中優、丸野孝浩
    • Organizer
      日本農芸化学会中四国支部第44回講演会
    • Place of Presentation
      岡山県立大学
    • Year and Date
      2016-01-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 好熱菌シトクロムc′の構造と安定性に関する研究2015

    • Author(s)
      藤井創太郎、山根大典、三本木至宏
    • Organizer
      第1回極限生物の環境適応に関する分子機構研究会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2015-10-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 変異を導入した好熱菌由来シトクロムc′の熱安定性比較2015

    • Author(s)
      山根大典、藤井創太郎、三本木至宏
    • Organizer
      日本農芸化学会中四国支部第43回講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 好熱菌および常温菌由来シトクロムc′への相互変異導入による安定性変化2015

    • Author(s)
      藤井創太郎、山根大典、三本木至宏
    • Organizer
      特殊環境微生物セミナー2015
    • Place of Presentation
      青山学院大学
    • Year and Date
      2015-09-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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