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Analysis of intermediate states in the reaction process of iron-sulfur cluster biosynthesis machineries

Research Project

Project/Area Number 20H03204
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

Takahashi Yasuhiro  埼玉大学, 理工学研究科, 名誉教授 (10154874)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤城 貴史  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20740450)
和田 啓  宮崎大学, 医学部, 教授 (80379304)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Keywords鉄硫黄クラスター / 鉄硫黄タンパク質 / 生合成 / マシナリー
Outline of Research at the Start

鉄硫黄(Fe-S)タンパク質は、コファクターとして [2Fe-2S]、[4Fe-4S] などのFe-Sクラスターを持つタンパク質の総称であり、エネルギー代謝から、遺伝子発現の制御にいたるまで、生命活動の根幹を担っている。本研究では、2種類のFe-Sクラスター生合成系、ISCとSUFマシナリーが、それぞれどのようにしてFe-Sクラスターを組み立てるのかという、生合成反応の核心部分を明らかにすることを目的とする。さまざまな解析手法を結集して、“Fe-Sクラスターの中間体”ならびに“構造変換”を捉え、“過渡的な中間状態”の解明に挑む。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we analyzed the biosynthetic systems of iron-sulfur (Fe-S) clusters and clarified the following key points. (1) We clarified the reaction and inhibition mechanisms of cysteine desulfurase that supplies sulfur to the Fe-S clusters. (2) We captured the structure of IscU, a core component of the ISC machinery, in a state that retains the labile biosynthetic intermediate of the Fe-S cluster, and also clarified the significance of the conformational change of IscU induced by HscA-HscB. (3) We identified the SufB*2C2 type, which is distributed in anaerobic archaea and bacteria, as a prototype of the SUF machinery, and clarified the path and factors of the evolutionary changes of the biosynthetic systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、Fe-Sクラスター生合成システムの作動機構と多様性について、鍵となるいくつかのポイントを世界に先駆けて明らかにすることができた。独自に研究の方向性を見定めて、オリジナルのin vivo実験系とin vitroの生化学的ならびに構造解析を有機的に関連させつつ発展させた成果である。これらはFe-Sクラスター生合成の本質に迫る重要な知見であり、学術的な意義は極めて大きい。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The minimal SUF system can substitute for the canonical iron-sulfur cluster biosynthesis systems by using inorganic sulfide as the sulfur source.2024

    • Author(s)
      Maya Murata, Taichi Murakami, Eiki Yuda, Nanami Mukai, Xintong Zheng, Natsumi Kurachi, Sachiko Mori, Shoko Ogawa, Kouhei Kunichika, Takashi Fujishiro, Kei Wada, and Yasuhiro Takahashi
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2024.03.20.586028

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cycloserine enantiomers inhibit PLP‐dependent cysteine desulfurase SufS via distinct mechanisms2022

    • Author(s)
      Nakamura Ryosuke、Ogawa Shoko、Takahashi Yasuhiro、Fujishiro Takashi
    • Journal Title

      The FEBS Journal

      Volume: 289 Issue: 19 Pages: 5947-5970

    • DOI

      10.1111/febs.16455

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of cell death in <i>Bacillus subtilis</i> caused by sesquiterpenes from <i>Chrysopogon</i> <i>zizanioides</i> (L.) Roberty<i> </i>2022

    • Author(s)
      Shinjyo Y, Midorikawa N, Matsumoto T, Sugaya Y, Ozawa Y, Oana A, Horie C, Yoshikawa H, Takahashi Y, Hasegawa T, Asai K.
    • Journal Title

      The Journal of General and Applied Microbiology

      Volume: 68 Issue: 2 Pages: 62-70

    • DOI

      10.2323/jgam.2021.09.005

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural diversity of cysteine desulfurases involved in iron-sulfur cluster biosynthesis2022

    • Author(s)
      Fujishiro Takashi、Nakamura Ryosuke、Kunichika Kouhei、Takahashi Yasuhiro
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 19 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0001

    • NAID

      130008162738

    • ISSN
      2189-4779
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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Structure of the Dimeric State of IscU Harboring Two Adjacent [2Fe-2S] Clusters Provides Mechanistic Insights into Cluster Conversion to [4Fe-4S]2021

    • Author(s)
      Kunichika Kouhei、Nakamura Ryosuke、Fujishiro Takashi、Takahashi Yasuhiro
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 60 Issue: 20 Pages: 1569-1572

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.1c00112

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evidence for dynamic in vivo interconversion of the conformational states of IscU during iron?sulfur cluster biosynthesis2020

    • Author(s)
      Sato Sakiko、Matsushima Yumeka、Kanazawa Miaki、Tanaka Naoyuki、Fujishiro Takashi、Kunichika Kouhei、Nakamura Ryosuke、Tomioka Hiroaki、Wada Kei、Takahashi Yasuhiro
    • Journal Title

      Molecular Microbiology

      Volume: 115 Issue: 4 Pages: 807-818

    • DOI

      10.1111/mmi.14646

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Snapshots of PLP‐substrate and PLP‐product external aldimines as intermediates in two types of cysteine desulfurase enzymes2019

    • Author(s)
      Nakamura Ryosuke、Hikita Masahide、Ogawa Shoko、Takahashi Yasuhiro、Fujishiro Takashi
    • Journal Title

      The FEBS Journal

      Volume: 287 Issue: 6 Pages: 1138-1154

    • DOI

      10.1111/febs.15081

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      2020 Annual Research Report
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  • [Presentation] 創薬基盤の確立を見据えた鉄硫黄クラスター生合成に関わるコア複合体の構造・機能解析2023

    • Author(s)
      和田啓
    • Organizer
      第7回黒潮カンファレンス
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 鉄-硫黄クラスター蛋白質の生合成複合体のクライオ電顕単粒子解析2023

    • Author(s)
      辻実怜、横山武司、和田啓、田中良和
    • Organizer
      マルチファセットプロテインズ若手ワークショップ
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] [4Fe-4S]フェレドキシンの高精度結晶構造解析と理論計算に基づいた機能解析2023

    • Author(s)
      和田啓、三島正規、永江峰幸、杉島正一、綛田紀子、元山祐美子、北河康隆、海野昌喜
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural insights into biosynthesis of a [4Fe-4S] cluster via coupling of two adjacent [2Fe-2S] clusters in the IscU enzyme.2022

    • Author(s)
      Kouhei Kunichika, Ryosuke Nakamura, Takashi Fujishiro, Yasuhiro Takahashi
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成に関わるSUF、SUF-like、ISC系の硫黄供給システムの酸化ストレス耐性の比較2022

    • Author(s)
      槇 千智、室賀 直来、寺畑 拓也、島田 侑希乃、國近 航平、中村 亮裕、藤城 貴史、高橋 康弘
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] メタン生成古細菌のSufB2C2複合体は鉄硫黄クラスター生合成系SUFマシナリーのプロトタイプである2022

    • Author(s)
      村上 太一、村田 真耶、藤城 貴史、高橋 康弘
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 2つの異なるタイプのシステインデスルフラーゼと基質類似分子との反応2022

    • Author(s)
      大塚 穂乃、中村 亮裕、小川 翔子、藤城 貴史、高橋 康弘
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural and functional analyses of E. coli SufBCD complex involved in iron-sulfur clusters biogenesis.2022

    • Author(s)
      Kei Wada, Yoshikazu Tanaka, Yasuhiro Takahashi
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成を担う SUFマシナリーの構造機能解析2022

    • Author(s)
      和田啓、田中良和、高橋康弘
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Molecular mechanism of the SUF system involved in the iron-sulfur cluster biogenesis.2022

    • Author(s)
      Kei Wada1, Yoshikazu Tanaka, Yasuhiro Takahashi
    • Organizer
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry (AsBIC10)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structural basis for biosynthesis of a [4Fe-4S] cluster from two [2Fe-2S] clusters on the IscU enzyme in ISC machinery2022

    • Author(s)
      Kouhei Kunichika, Ryosuke Nakamura, Takashi Fujishiro, Yasuhiro Takahashi
    • Organizer
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry (AsBIC10)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PLP 依存型酵素システインデスルフラーゼ SufS に対する抗生物質シクロセリンの鏡像異性体間で異なる阻害反応機構2021

    • Author(s)
      中村亮裕、小川翔子、小松茉里佳、藤城貴史、高橋康弘
    • Organizer
      第47回生体分子科学討論会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成足場タンパク質 IscU における [2Fe-2S] から [4Fe-4S] へのクラスター変換の構造基盤2021

    • Author(s)
      國近航平、中村亮裕、藤城貴史、高橋康弘
    • Organizer
      第21回日本蛋白質科学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成に関与する SufEおよび SufUの硫黄輸送状態の比較2021

    • Author(s)
      槇千智, 室賀直来, 寺畑拓也, 島田侑希乃, 國近航平, 中村亮祐, 藤城貴史, 高橋康弘
    • Organizer
      第94回日本生化学会大会
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  • [Presentation] 枯草菌における鉄硫黄クラスター生合成系の補助的因子群の解析2020

    • Author(s)
      相羽花菜、野上和希、飴野佑美子、藤城貴史、高橋康弘
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成足場タンパク質 IscUの[2Fe-2S]クラスター集積型二量体構造とその意義2020

    • Author(s)
      國近航平、藤城貴史、高橋康弘
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄硫黄クラスター生合成マシナリーのシステイン脱硫酵素のシクロセリンによる阻害機構の解明2020

    • Author(s)
      小川翔子、中村亮裕、小松茉里佳、引田理英、藤城貴史、高橋康弘
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 分子統御研究室ホームページ

    • URL

      http://park.saitama-u.ac.jp/~tougyo/Home.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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