構成型ヘムオキシゲナーゼーカルモジュリン複合体の結晶解析で解明する酵素活性化機構

• Project/Area Number: 18770080
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 海野 昌喜 Tohoku University, 多元物質科学研究所, 助教 (10359549)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2007: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2006: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: ヘムオキシゲナーゼ / 哺乳類 / X線結晶構造解析 / クライオプロテクタント / CPモチーフ / 構成型 / 酵素活性化

Research Abstract

哺乳類のヘムオキシゲナーゼには、種々の刺激によって発現が誘導されるHO-1と発現量が大幅に変化しないHO-2の二種類のアイソザイムがあり、それぞれ、脾臓・肝臓と脳・精巣に多く発現している。HO-2はHO-1には見られないシステイン-プロリンが連続したCPモチーフを三か所持ち、HO-1よりN末端側が20残基ほど長い。今年度は、高分解能回折像を示すヒト由来HO-2の結晶を作成するため、結晶化条件の検討・放射光施設に於ける回折強度実験を行ってきた。
まず、結晶化条件だが、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル500(PEG MME 500)とチオシアン酸ナトリウムを含んだ溶液をリザーバー溶液としたハンギングドロップ蒸気拡散法で、振とう培養機でゆるやかに振とうさせながら結晶化を行うことで、比較的良質な結晶を得た。また、クライオプロテクタントの条件の検討を行い、パラトンNをクライオプロテクタントとして使用することで、構造解析可能な回折像を得た。
回折強度データ収集実験は、主にPhoton Factory (PF)で行い、上述した条件で、最高2.0Å分解能に相当するデータを得た。
構造解析は、最近報告された変異体のHO-2の構造を初期モデルとした分子置換法で行った。2.0Å分解能の構造解析の結果、現在までに報告されていないことも明らかになりつつある。現在は、より詳細な解析を目指し、更なる結晶化条件の検討を行うと同時に、その酵素反応や機能の解明のため、生化学的な研究も進めている。

Research Products

• [Journal Article] Ligand Design for the Improvement of Stability of Metal Complex-Protein Hybrids (2008)
  • Author(s): Yokoi, N., et. al.
  • Journal Title: Chem. Commun. 14 Pages: 229-231
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Characterization of the Fleeting Ferric Peroxo Species in Myoglobin: Experiment and Theory (2007)
  • Author(s): Unno, M., et. al.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 129 Pages: 13394-13395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and Catalytic Mechanism of Heme Oxygenase (2007)
  • Author(s): Unno, M., et. al.
  • Journal Title: Nat. Prod. Rep. 24 Pages: 553-570
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Metal Cofactors Activated by a Protein-Protein Electron Transfer System (2006)
  • Author(s): Ueno, T., et al.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103・25 Pages: 9416-9421
• [Journal Article] プロテアソームの構造生物学 (2006)
  • Author(s): 海野昌喜
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素 51・10 Pages: 1219-1223
• [Presentation] Structural Characterization of the Fleeting Ferric Peroxo Species in Myoglobin (2008)
  • Author(s): Shusuke Kusama
  • Organizer: Proceedings of The 1st International Symposium "International Center of Research & Education for Molecular Complex Chemistry (IREMAC)
  • Place of Presentation: Japan, Sendai
• [Presentation] Intermediates structures of heme oxygenase catalysis (2008)
  • Author(s): Masaki Unno
  • Organizer: Global COE in Chemistry, Nagoya Special Symposium
  • Place of Presentation: Japan, Nagoya
• [Presentation] 酸素化型ミオグロビン結晶の低温X線照射によるパーオキソ型の生成と結晶構造解析 (2007)
  • Author(s): 草間周介
  • Organizer: 平成19年度 日本生物物理学会・東北支部会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2007-06-09
• [Presentation] タンパク質内水分子による酵素反応制御:ヘムオキゲナーゼの場合 (2007)
  • Author(s): 齋藤正男
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] イオンチャンネル型グルタミン酸受容体GluR5と天然物由来アゴニストの結合様式 (2007)
  • Author(s): 海野昌喜
  • Organizer: 第45回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] ヘムオキシゲナーゼ反応中間体の構造解析 (2007)
  • Author(s): 海野昌喜
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 酸素化型ミオグロビン結晶のX線照射によるパーオキソ型の生成と結晶構造解析 (2007)
  • Author(s): 草間周介
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 低温下X線照射によるパーオキソ型ミオグロビン捕捉および結晶構造解析 (2007)
  • Author(s): 海野昌喜
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] ヒト由来グルタミン酸受容体GluR5リガンド結合ドメインの結晶構造解析 (2007)
  • Author(s): 篠原正将
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会年会合同大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Structure and catalytic mechanism of heme oxygenase (2007)
  • Author(s): Masao Ikeda-Saito
  • Organizer: The 5th International Congress Heme Oxygenases
  • Place of Presentation: Poland, Krakow
• [Presentation] Crystal structures of the hydroperoxo-heme- and alpha-meso-hydroxyheme intermediates in heme oxygenase catalysis (2007)
  • Author(s): Masaki Unno
  • Organizer: 13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: Austria, Vienna
• [Presentation] Structural Characterization of Peroxo Species in Myoglobin (2007)
  • Author(s): Masaki Unno
  • Organizer: The 67th Okazaki Conference
  • Place of Presentation: Japan, Okazaki
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/m_saito/index-j.html