鉄硫黄クラスター合成酵素複合体SufBCDの構造とダイナミズム、反応機構の解明

• Project/Area Number: 18054018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高橋 康弘 Osaka University, 理学研究科, 准教授 (10154874)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥6,200,000 (Direct Cost: ¥6,200,000); Fiscal Year 2007: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2006: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
• Keywords: 鉄硫黄タンパク質 / 鉄硫黄クラスター / 生合成 / 遺伝子 / タンパク質 / 複合体

Research Abstract

鉄硫黄(Fe-S)クラスターは、さまざまなFe-Sタンパク質のコファクターである。クラスターの構造は[2Fe-2S]、[4Fe-4S]または[3Fe-4S]と単純だが、その生合成は実に複雑な生化学反応であり、細胞内では複数の成分から構成されるマシナリーがこれを担っている。本研究ではそれら生合成マシナリーの構造-機能相関の解明を目的として研究を進め、以下の成果を得た。
SUFマシナリーの中では、SufB、SufC、SufDの3成分が複合体を形成し、Fe-Sクラスター中間体の形成部位として中心的な役割を担うと予想される。これらのうち任意の2成分を組み合わせて、大腸菌で過剰に発現させたところ、SufCとSufDが可溶性の複合体を形成することを見出し、精製と生化学的な解析に続いて結晶化に成功した。このSufC_2SufD_2複合体の構造を2.2A分解能で決定することにより、結合様式の詳細が明らかになり、またSufCはSufDと結合することによってその構造を"latent for"から"competent form"に変化させることが判明した。この構造変化はSufCに特有の活性調節機構と考えられる。さらにこの構造から、SufBCD複合体の会合状態や構造変換の可能性についても重要な示唆が得られた。
一方、Fe-Sクラスター生合成の別経路(ISCマシナリー)では、IscUがクラスター中間体の形成部位として中心的な役割を担っている。このクラスター中間体を安定化する変位を導入することでホロ型の調製ならびに結晶化に初めて成功し、三量体の中に[2Fe-2S]クラスターを一つだけ持つ非対称な構造を捉えることができた。

Research Products

• [Journal Article] Characterization and Crystallization of an IscU-type scaffold protein with bound [2Fe-2S] cluster from the hyperthermophile,Aquifex aeolicus. (2007)
  • Author(s): Yoshimitsu, Shimomura
  • Journal Title: J. Biochem. 142 Pages: 577-586
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solvent Tuning of Electrochemical Potentials in the Active Sites of HiPIP Versus Ferredoxin. (2007)
  • Author(s): Abhishek, Dey
  • Journal Title: Science 318 Pages: 1464-1468
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induced-fitting and electrostatic potential change of PcyA upon substrate binding demonstrated by the crystal structure of the substrate-free form (2006)
  • Author(s): Yoshinori Hagiwara
  • Journal Title: FEBS Lett. 580・1 Pages: 3823-3828
• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray crystallographic studies of the oxidative-stress sensor SoxR and its complex with DNA (2006)
  • Author(s): Satoshi Watanabe
  • Journal Title: Acta Cryst. F62 Pages: 3823-3828
• [Journal Article] フェレドキシン依存性ビリン還元酵素の構造研究 (2006)
  • Author(s): 杉島正一
  • Journal Title: 日本結晶学会誌 48 Pages: 280-289
• [Presentation] 鉄硫黄クラスターの生合成における超分子複合体の動的機能構造 (2007)
  • Author(s): 高橋康弘
  • Organizer: 特定領域研究「生体超分子構造」第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター
  • Year and Date: 2007-12-18
• [Presentation] 鉄硫黄クラスターの生合成中間体、[2Fe-2S】IscUの非対称な三量体構造とその意義 (2007)
  • Author(s): 高橋康弘
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-12-11
• [Presentation] 鉄硫黄クラスターの生合成に関与する大腸菌SufCD複合体の構造解析 (2007)
  • Author(s): 和田啓
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: パシフイコ横浜
  • Year and Date: 2007-12-11
• [Presentation] Crystal structure of phycocyanobilin:ferredoxin oxidoreductase (PcyA) in complex with the reaction intermediates (2007)
  • Author(s): Yoshinori, Hagiwara
  • Organizer: 7th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Year and Date: 2007-12-11
• [Presentation] 鉄硫黄クラスターの生合成に関与する大腸菌SufCD複合体の構造・機能解析 (2007)
  • Author(s): 和田 啓
  • Organizer: 日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2007-12-02
• [Presentation] Structural biology of the SUF machinery involved in iron-sulfur cluster biosynthesis. (2007)
  • Author(s): Keiichi, Fukuyama
  • Organizer: International congress "Biogenesis of iron sulfur proteins: cluster assembly and regulation"
  • Place of Presentation: Villard-de-Lans, France
  • Year and Date: 2007-07-10
• [Presentation] 鉄硫黄クラスターの生合成に関与する大腸菌SufCD複合体の構造解析 (2007)
  • Author(s): 和田啓
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2007-05-24
• [Presentation] ビリン還元酵素PcyA の色素複合体の構造と反応機構 (2007)
  • Author(s): 萩原義徳
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2007-05-24
• [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成における中間体形成部位,IscUの非対称なホモ三量体構造 (2007)
  • Author(s): 下村喜充
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2007-05-04
• [Presentation] フェレドキシン依存性ビリン還元酵素PcyAの18Et-BV複合体の結晶構造解析 (2007)
  • Author(s): 萩原義徳
  • Organizer: 日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Remarks]
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/fukuyama/index.html