| Project/Area Number |
19K06601
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
柴山 修哉 自治医科大学, 医学部, 教授 (20196439)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | ヘモグロビン / アロステリー / 酸素親和性 / MWCモデル / 結晶構造解析 / ゾル・ゲル法 / アロステリックモデル / 結晶構造 / 酸素平衡曲線 / 多孔性シリカゲル / 酸素平衡機能 / 構造機能相関 |
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| Outline of Research at the Start |
Monod-Wyman-Changeuxの2状態アロステリックモデルは、生命科学における最も単純かつエレガントな理論モデルの一つである。しかし、原型のモデルでは、アロステリック蛋白質の典型であるヘモグロビンの挙動を定量的に記述できないこともまた知られている。本研究では、結晶中ヘモグロビンの酸素平衡曲線測定による結晶構造の直接機能決定、及び、水を含む多孔性シリカゲル中で状態間遷移を凍結したヘモグロビンの機能解析（全機能状態の洗い出し）を行う。これらの方法を駆使して、ヘモグロビン分子のとりうる全ての構造状態の機能を決定し、構造機能連関を説明する最終的なモデルを確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヘモグロビン（Hb）のT状態の酸素親和性はpH（プロトン濃度）、塩素イオン濃度、有機リン酸有り無しなどの溶液条件に依存して大幅に変化する。この酸素親和性変化は重要な生理学的意義を持つが、その構造的基盤はまだわかっていない。
Hbの酸素親和性変化と良い相関を持つ構造プローブとしてβ鎖93番システインSH基の反応性がある。昨年度に引き続き、酸素親和性の異なる脱酸素型Hbを溶液ごと透明な多孔性シリカゲルのゲルマトリックス中に閉じこめ状態間遷移を凍結した状態での酸素平衡曲線の測定とβ鎖93番システインSH基の反応性の測定を並行して行った。また当該年度は、α鎖またはβ鎖のみにヘムリガンドが結合した中間段階分子のモデルとなる金属置換混成Hbを合成し、上と同様の測定を系統的に行いHbのとりうる構造状態の洗い出しを行った。
強力なアロステリックエフェクターであるイノシトール6リン酸（IHP）を加えた最低酸素親和性を持つT状態脱酸素型HbのSH基の反応性は、単一構造状態を仮定したモデルでうまくフィットすることができた。一方、溶液中で比較的高い酸素親和性を持つT状態Hbの酸素平衡曲線とSH基の反応性は、両者とも顕著な二相性を示した。このうちの一つの状態の酸素親和性とSH基の反応性は、上の最低親和性T状態の値と一致した。残りの未知の構造状態は、最低親和性T状態と比較して、それぞれ約100倍の酸素親和性と約50倍のSH基の反応性を示した。興味深いことに、この未知のアロステリック状態はα鎖またはβ鎖のみにヘムリガンドが結合した中間段階Hb分子においても観測された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナウイルス感染防止のための研究制限要請、対面・リモート併用講義に伴う教育活動の倍増などにより、当該年度前半に予定していた研究の一部で進行の遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
多孔性シリカゲルを用いた状態解析の結果と結晶の酸素平衡曲線の結果とを合わせて、ヘモグロビンがとりうる機能状態の数と性質を明確に洗い出す。また、これらの結果をまとめて論文の作成を行う。
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Report
(4 results)
Research Products
(8 results)
