複合化活性部位を有する金属酸化酵素における感応性化学種の制御とその設計

• Project Area: Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 15H00909
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 石森 浩一郎 北海道大学, 理学研究院, 教授 (20192487)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: ヘム / Irr / 酸化修飾 / 活性酸素 / 酸化反応 / 金属タンパク質 / 一原子酸素挿入反応 / 反応設計 / 活性酸素種 / 非ヘム鉄 / EPR

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度の研究計画の各項目における研究成果は以下の通りである。

１．活性化Irrにおける活性部位の構造解析　昨年度に引き続き，NMRによるIrrの構造解析を進めるため、15N、13Cによるラベル化Irrの発現、単離、精製を行い、再現性良く高純度の安定同位体ラベルIrr収量を得ることができる手法を確立することができた。この安定同位体ラベルIrrを用いて、その15N-1H HSQCスペクトルを測定したが、NMRシグナルの分散が十分ではなく、立体構造解析可能なスペクトルを得ることができなかった。これは、これまでのIrr精製時には添加していた2価のマンガンイオンを、その常磁性によるNMR信号への影響を除くため添加しなかったことによって、Irrが安定な立体構造を形成できなかったためと考えられた。そこでこの常磁性の2価マンガンイオンの代わりに、反磁性の2価マグネシウムを加えて精製し、そのNMR測定を行ったが、NMR信号の分散は変化せず、マグネシウムイオンはIrrに結合しないと考えられた。そこで、同様に反磁性の2価亜鉛イオンを結合させることを試みたところ、分散したNMRスペクトルが得られ、その立体構造解析の指針が得られた。

２．アミノ酸置換による酸化反応の制御 Irrにおける酸化反応を制御するため、ヘム結合部位に位置するCys29をAlaに置換したところ、その酸化活性は大きく低下し、このCys29はIrrの酸化反応に重要な寄与をすることが明らかとなった。さらに、野生型では二量体を形成するIrrが、この変異により単量体化することが明らかとなった。以上の結果より、このヘム近傍に位置するCys29は酸化反応だけではなく、Irrにおける蛋白質間の会合状態についても大きな役割を果たしていることが新たに示された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)
• [Int'l Joint Research] State University of New York - Buffalo(米国)
• [Journal Article] The Iron Chaperone Protein CyaY from Vibrio cholerae is a Heme-Binding Protein (2017)
  • Author(s): Uchida, T., Kobayashi, N., Muneta, S., Ishimori, K.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 印刷中 Issue: 18 Pages: 2425-2434
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01304
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Iron chelators inhibit the heme-degradation reaction by HutZ from Vibrio cholerae (2017)
  • Author(s): Dojun, N., Sekine, Y., Ishimori, K., Uchida, T.
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 46 Issue: 16 Pages: 5147-5150
  • DOI: 10.1039/c7dt00121e
  • NAID: 120006459301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dual role of the active-center cysteine in human peroxiredoxin 1: Peroxidase activity and heme binding (2017)
  • Author(s): Watanabe, Y., Ishimori, K., Uchida, T.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communication Volume: 483 Issue: 3 Pages: 930-935
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.01.034
  • NAID: 120006383811
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein Oxidation Mediated by Heme-induced Active Site Conversion Specific for Heme-regulated Transcription Factor, Iron Response Regulator (2016)
  • Author(s): Kitatsuji, C., Izumi, K., Nambu, S., Kurogochi, M., Uchida, T., Nishimura, S. -I., Iwai, K., O’Brian, M. R., Ikeda-Saito, M., Ishimori, K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 18703-18703
  • DOI: 10.1038/srep18703
  • NAID: 120005712479
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 鉄過剰による細胞障害を防ぐ鉄濃度制御タンパク質IRPとその制御因子ヘムの特異的な相互作用 (2016)
  • Author(s): 小倉麻梨子、斉尾智英、内田毅、岩井一宏、石森浩一郎
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都・江戸川区）
  • Year and Date: 2016-11-14
• [Presentation] ヘムの結合による抗酸化酵素ペルオキシレドキシン-1 の活性制御 (2016)
  • Author(s): 渡部祐太、石森浩一郎
  • Organizer: 第10回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] Functional and Structural Characterization of Heme Binding in Heme-regulated Proteins (2016)
  • Author(s): Ishimori, K.
  • Organizer: ICPP-9
  • Place of Presentation: Nanjing（China）
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 分光法を用いた細胞内鉄濃度のセンサータンパク質IRPの特徴的なヘム配位環境 (2016)
  • Author(s): 小倉麻梨子、内田毅、岩井一宏、石森浩一郎
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-06-07
• [Presentation] Specific Heme Binding in Heme-regulated Proteins and Its Functional Significance (2015)
  • Author(s): Koichiro Ishimori
  • Organizer: 17th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 北京（中国）
  • Year and Date: 2015-07-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 発表論文からpickup
  • URL: http://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~stchem/pickup/