超原子価硫黄原子を有する超分子複合体蛋白質による過酸化水素還元反応の制御機構解明

• Project/Area Number: 18054019
• 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: 井上 豪 Osaka University, 大学院・工学研究科, 准教授 (20263204)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 努 独立行政法人産業技術総合研究所, 企画本部, 企画主幹 (10357668) ; 石川 一彦 独立行政怯人産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 研究員 (90356436) ; 甲斐 泰 福井工業大学, 環境生命未来工学科, 教授 (40029236) ; 松村 浩由 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30324809)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥5,300,000 (Direct Cost: ¥5,300,000); Fiscal Year 2007: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2006: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 超分子複合体 / チオレドキシンペルオキシダーゼ / 中間体構造 / X線結晶構造解析 / 反応機構を解明

Research Abstract

超好熱始原菌Aeropyrum pernix K1株由来のペルオキシレドキシン(Prx)であるThioredoxin Peroxidase(ApTPx)は、チオール依存型のペルオキシダーゼであり、過酸化水素H_2O_2やalkylperoxideを水やアルコールに還元する働きを持つ。ApTPxは、子量20万の10量体蛋白質であり、プロトマー1分子中に3つのシステイン残基(C50,C207,及びC213)を持ち、たとえば、過酸化水素を水に還元する反応を行う。これまでの研究から、ApTPxのアミノ酸配列は1-CysのPrxと相同性が高いのに対し、その反応機構は2-CysのPrxと同様に2つのシステイン残基(C50及びC213)が反応に必須であることが報告されている。
本研究課題では、変異体C50S,C20,7S,C213Sの結晶中で過酸化水素と反応させ、中間体構造を低温でトラップしてX線構造解析を行う方法で、ApTPxによるH_2O_2の還元機構の詳細の解明を目指した。その結果、C50SおよびC213SについてX線回折強度データの収集を行い構造精密化中で反応機構に関する知見はまだ得られていないが、C207S変異体からは、Cys50がCys-SHから、Cystein sulfenic acid (Cys-SOH)の状態へと酸化され、S-OH中間体を形成し、配位子数4の硫黄原子(10-S-4)を持つ超原子価構造をとることが判明した(Proceedings of the NattionalAcademy of Sciences USA(PNAS),in press)。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for the decarboxylation of orotidine 5' -monophosphate(OMP) by Plasmodium falciparum OMP decarboxylase. (2008)
  • Author(s): K., Tokuoka, et. al.
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry 143 Pages: 69-78
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of 5-methylthioribose 1-phosphate isomerase product complex from Bacillus subtilis: Implications for catalytic mechanism. (2008)
  • Author(s): H., Tamura, et. al.
  • Journal Title: Protein Science 17 Pages: 126-135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel cation-pi interaction revealed by crystal structure of thermoalk alophilic lipase. (2008)
  • Author(s): H., Matsumura, et. al.
  • Journal Title: PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 70 Pages: 592-598
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Solution Flow by Rotary Shaker on Protein Crystallization. (2008)
  • Author(s): R., Murai, et. al.
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxidation of archaeal peroxiredoxin involves a hypervalent sulfur intermediate. (2008)
  • Author(s): T., Nakamure, et. al.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences USA (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation, ctystallization and preliminary crystallographic analysis of old yellow enzyme from Trypanosoma cruzi. (2007)
  • Author(s): S., Sugiyama, et. al.
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F 63 Pages: 896-898
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of intein homing endonuclease II encoded in the DNA polymerase gene from Hyperthermophilic Archaeon Thermococcus kodakaraensis strain KOD1 (2006)
  • Author(s): H.Matsumura, H.Takahashi, T.Inoue, T.Yamamoto, H.Hashimoto, M.Nishioka, S.Fujiwara, M.Takagi, T.Imanaka, Y.Kai
  • Journal Title: Proteins : Structure Function, and Bioinformatics 63巻3号 Pages: 711-715
• [Journal Article] Structural and Functional Characterization of HQL-79, an Orally, Selective Inhibitor of Human Hematopoietic Prostaglandin D Synthase (2006)
  • Author(s): Kousuke Aritake, Yuji Kado, Tsuyoshi Inoue, Masashi Miyano, Yoshihiro Urade
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 281巻22号 Pages: 15277-15286
• [Journal Article] Application of Femtosecond Laser Ablation for Detaching Grown Protein Crystals from a Glass Capillary Tube (2006)
  • Author(s): M.Kashii, R.Fujisawa, H.Adachi, Y.Mori, T.Sasaki, Y.Koga, K.Takano, S.Kanaya, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, K.Sugamoto, H.Yoshikawa
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering 102巻4号 Pages: 372-374
  • NAID: 110004839458
• [Journal Article] Effect of ultrasonic irradiation on protein crystallization (2006)
  • Author(s): K.Kakinouchi, H.Adachi, H.Matsumura, T.Inoue, S.Murakami, Y.Mori, Y.Koga, K.Takano, S.Kanaya
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 292巻2号 Pages: 437-440
• [Journal Article] Cooling-rate screening system for determining protein crystal growth conditions (2006)
  • Author(s): R.Murai, S.Nakata, M.Kashii, H.Adachi, A.Niino, K.Takano, H.Matsumura, S.Murakami, T.Inoue, Y.Mori, T.Sasaki
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 292巻2号 Pages: 433-436
• [Journal Article] Crystallization and preliminary crystallographic analysis of orotidine 5'-monophosphate decarboxylase from the human malaria parasite Plasmodium falciparum (2006)
  • Author(s): S.R.Krungkrai, K.Tokuoka, Y.Kusakari, T.Inoue, H.Adachi, H.Matsumura, K.Takano, S.Murakami, Y.Mori, Y.Kai, J.Krungkrai, T.Horii
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F 62巻6号 Pages: 542-545
• [Journal Article] Purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction of SecDF, a translocon-associated membrane protein, from Thermus thermophilus (2006)
  • Author(s): T.Tsukazaki, H.Mori, S.Fukai, T.Numata, A.Perederina, H.Adachi, H.Matsumura, K.Takano, S.Murakami, T.Inoue, Y.Mori, T.Sasaki, Dmitry, G.Vassylyev, O.Nureki, K.Ito
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F 62巻4号 Pages: 376-380
• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray analysis of the tRNA thiolation enzyme MnmA from Escherichia coli complexed with tRNA^<Glu>. (2006)
  • Author(s): T.Numata, Y.Ikeuchi, S.Fukai, H.Adachi, H.Matsumura, K.Takano, S.Murakami, T.Inoue, Y.Mori, T.Sasaki, T.Suzuki, O.Nureki
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F 62巻4号 Pages: 368-371
• [Presentation] 古細菌ペルオキシレドキシンに見られる超原子価構造 (2007)
  • Author(s): 井上 豪
  • Organizer: 特定領域研究「生体超分子の構造形成と機能制御の原子機構」第3回ワークショップ
  • Place of Presentation: 静岡(ホテルニューアカオ)
• [Presentation] 古細菌ペルオキシレドキシンに見られる超原子価構造 (2007)
  • Author(s): 井上 豪
  • 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: 大阪(千里ライフサ仁ンスセンター)
• [Book] 生物物理 (2007)
  • Author(s): 井上豪, 裏出良博
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 日本生物物理学会
• [Book] ファルマシア (2007)
  • Author(s): 井上豪, 福西快文, 坂田恒昭
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 社団法人 日本薬学会
• [Book] 光学 (2007)
  • Author(s): 安達宏昭, 森勇介, 佐々木孝友, 高野和文, 井上豪, 松村浩由, 村上聡
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 日本光学会
• [Book] 第5版 実験化学講座 5 化学実験のための基礎技術 (2006)
  • Author(s): 井上 豪, 松村浩由, 甲斐 泰
  • Total Pages: 15
  • Publisher: 丸善株式会社
• [Book] Functional and Structural Biology on the Lipo-network 2006 (2006)
  • Author(s): Yoshihiro Urade, Ikuko Mohri, Kosuke Aritake, Tsuyoshi Inoue, Masashi Miyano
  • Total Pages: 30
  • Publisher: TRANSWORLD RESEARCH NETWORK
• [Book] 酵素工学ニュース (2006)
  • Author(s): 安達宏昭, 森勇介, 佐々木孝友, 高野和文, 松村浩由, 井上豪, 村上聡
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 酵素工学研究会