Reaction mechanism of novel tryptophan-hydroxylating enzyme involving in quinone cofactor biogenesis

• Project/Area Number: 15K07391
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Okajima Toshihide 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (10247968)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中井 忠志 広島工業大学, 生命学部, 准教授 (00333344)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: キノン補酵素 / FAD / オキシゲナーゼ / モノオキシゲナーゼ / X線結晶構造解析 / 分子内架橋 / チオエーテル架橋 / チオエーテル結合

Outline of Final Research Achievements

We have studied the reaction mechanism and X-ray crystal structure of FAD-dependent monooxygenase QhpG that is involved in the cofactor biogenesis of bactral quinohemoprotein amine dehydrogenase. Our final aim is application of QhpG for a novel tool for peptide engineering. In vitro reaction system for QhpG provided the important information for the chemical structure of the QhpG reaction product. On the basis of X-ray crystal structure of QhpG, we have elucidated the QhpG reaction mechanism including the recognition of the specific Trp residue on the substrate peptide.

Research Products

• [Journal Article] Novel radical SAM enzyme forming intrapeptidyl crosslinks (2016)
  • Author(s): 中井忠志，谷澤克行，岡島俊英
  • Journal Title: 生化学 Volume: 88 Issue: 4 Pages: 506-510
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2016.880506
  • NAID: 40020948562
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2016-08-25
• [Journal Article] The Radical S-Adenosyl-L-methionine Enzyme QhpD Catalyzes Sequential Formation of Intra-protein Sulfur-to-Methylene Carbon Thioether Bonds (2015)
  • Author(s): Tadashi Nakai, Hiroto Ito, Kazuo Kobayashi, Yasuhiro Takahashi, Hiroshi Hori, Motonari Tsubaki, Katsuyuki Tanizawa, and Toshihide Okajima
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 未定 Issue: 17 Pages: 11144-11166
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.638320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Probing the Catalytic Mechanism of Copper Amine Oxidase from Arthrobacter globiformis with Halide Ions. (2015)
  • Author(s): Murakawa, T., Hamaguchi, A., Nakanishi, S., Kataoka, M., Nakai, T., Kawano, Y., Yamaguchi, H., Hayashi, H., Tanizawa, K., and Okajima, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 290 Issue: 38 Pages: 23094-23109
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.662726
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Role of flavin-containing enzyme in the post-translational modification of quinoheme protein amine dehydrogenase. (2018)
  • Author(s): Oozeki T, Nakai T, Tanizawa K, Okajima T.
  • Organizer: The 21st SANKEN International Symposium, Jan 16-17, 2018, Osaka, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペプチド・チオエーテル架橋形成酵素QhpDによる環状ペプチド形成機構の解明: 基質配列長および配列許容性の解析 (2018)
  • Author(s): 小酒井一輝, 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の翻訳後修飾における修飾酵素複合体の機能解明 (2018)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] キノン補酵素生合成に関わるFAD依存性モノオキシゲナーゼQhpGの分光学的特性と基質タンパク質QhpCとの相互作用 (2017)
  • Author(s): 大関 俊範、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 新規環状ペプチドの開発に向けたラジカルSAM酵素QhpDの基質特異性解析 (2017)
  • Author(s): 小酒井 一輝、中井 忠志、谷澤 克行、岡島 俊英
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] トリプトフィルキノン補酵素生合成に関与するFAD依存性オキシゲナーゼの機能解明 (2017)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 日本農芸化学会関西支部例会（第499回講演会）
• [Presentation] トリプトファンキノン補酵素生合成に関わるモノオキシゲナーゼQhpGの機能解析 (2017)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 分子内チオエーテル架橋を形成するラジカル SAM 酵素 QhpD の基質特異性解析 (2017)
  • Author(s): 小酒井一輝, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素補酵素含有サブユニットの翻訳後修飾機構の解析 (2017)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 2017年酵素・補酵素研究会
• [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素のキノン補酵素含有サブユニットの翻訳後修飾機構 (2017)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 第69回日本生物工学会大会
• [Presentation] ペプチド分子内チオエーテル架橋形成酵素QhpDにおける架橋形成配列長および配列特異性の解析 (2017)
  • Author(s): 小酒井一輝, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 第69回日本生物工学会大会
• [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素の翻訳後修飾におけるフラビン含有酵素の役割 (2017)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 新規環状ペプチドの創出に向けたラジカルSAM酵素QhpDの架橋形成配列長および配列特異性の解析 (2017)
  • Author(s): 小酒井一輝, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素補酵素含有サブユニットの多段階翻訳後修飾の分子機構,ワークショップ：多様な微生物に見出したユニークな細胞・酵素機能とその応用 (2017)
  • Author(s): 岡島俊英, 大関俊範, 小酒井一輝, 中井忠志, 谷澤克行
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] Multi-step posttranslational modification of a cofactor-containing small subunit constituting quinoenzyme. (2017)
  • Author(s): Okajima T.
  • Organizer: Kickoff Meeting (JSPS Symposium) for the ZIAM/GBB and ISIR/IPR collaboration, Oct 27, 2017, Groningen, Nederland (Poster)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of FAD-dependent monooxygenase involved in quinone cofactor biosynthesis (2016)
  • Author(s): Toshinori Oozeki, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
  • Organizer: The 20th SANKEN International The 15th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Osaka
  • Year and Date: 2016-12-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of substrate specificity of intrapeptidyl thioether bond forming radical SAM enzyme QhpD (2016)
  • Author(s): Kazuki Kozakai, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
  • Organizer: The 20th SANKEN International The 15th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Osaka
  • Year and Date: 2016-12-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reaction mechanism of interpeptidyl thioether cross-links by radical SAM enzyme QhpD (2016)
  • Author(s): Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa, Toshihide Okajima
  • Organizer: The 20th SANKEN International The 15th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Osaka
  • Year and Date: 2016-12-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペプチド分子内チオエーテル架橋形成酵素QhpDの基質特異性解析 (2016)
  • Author(s): 小酒井一輝, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 第89回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] キノン補酵素生合成に関わるFAD依存性モノオキシゲナーゼQhpGの精製と分光学的特性 (2016)
  • Author(s): 大関俊範, 中井忠志, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: 第89回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] Mechanism of sequential formation of intrapeptidyl thioether cross-links by the radical SAM enzyme QhpD. (2016)
  • Author(s): T. Nakai, K. Tanizawa, and T. Okajima
  • Organizer: Fifth International Conference on Cofactors (ICC-05) & Active Enzyme Molecule 2016
  • Place of Presentation: Kurobe
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペプチドのマルチサイト分子内架橋形成を触媒するラジカルSAM酵素の反応機構 (2016)
  • Author(s): 岡島 俊英、中井 忠志、小林 一雄、高橋 康弘、堀 洋、鍔木 基成、谷澤 克行
  • Organizer: 日本農芸化学会2016年度大会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] ペプチドを分子内架橋するラジカルSAM酵素の反応機構 (2015)
  • Author(s): 岡島俊英, 中井忠志, 小林一雄, 高橋康弘, 堀洋, 鍔木基成, 谷澤克行
  • Organizer: BMB2015
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] ペプチドの翻訳後修飾を触媒するラジカルSAMスーパーファミリー酵素 (2015)
  • Author(s): 中井忠志, 小林一雄, 高橋康弘, 堀洋, 鍔木基成, 外山博英, 谷澤克行, 岡島俊英
  • Organizer: BMB2015
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Invited
• [Remarks] QHNDH (Quinohemoprotein amine dehydrogenase)
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/smb/QHNDH.html
• [Remarks] QHNDH (Quinohemoprotein amine dehydrogenase)
  • URL: https://www-kofu.jsps.go.jp/kofu1/shinsei/ssoLogonCheck.do