Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
ニッケルは、通常生物にとっては毒ですが、一部の生物は「F430」と呼ばれる補因子の形で、細胞内でのエネルギー獲得に積極的に利用しています。そこで、F430の生合成酵素に注目し、その酵素が細胞内にごく微量しか存在しないニッケルを巧みに利用する仕組みを解明するともに、細胞内でその酵素を遺伝子工学的に作り変えることで、F430をベースとした新たなニッケル化合物を産生し、その酵素触媒としての利用可能性を示します。
環状テトラピロール型金属補因子は、ヘムやビタミンB12に代表される化合物群であり、酵素の活性中心などで広く利用されている。環状テトラピロール型金属補因子の基本構造は、環状テトラピロールの中央の穴に金属イオンが結合した、金属錯体型構造を取っており、環状テトラピロールと金属イオンの組み合わせにより、多様な機能が発現することから、魅力的な化合物群である。ごく最近、希少金属であるニッケルイオンを利用した珍しい環状テトラピロール型金属補因子「補酵素F430」の生合成cfbABCDE遺伝子群が同定され、それらがコードする生合成酵素の仕組みが注目されている。本研究では、古細菌特有のニッケル含有環状テトラピロール型金属補因子である「補酵素F430」の生合成酵素のうち、最も重要なニッケルを基質とするCfbA酵素の分子機構解明を目指した。CfbAは、ニッケルイオンを、基質である環状テトラピロール「シロヒドロクロリン」に結合させ、生合成中間体「ニッケル-シロヒドロクロリン」を合成する。CfbAの基質、生成物結合型、および、反応中間体型のX線結晶構造解析を行い、活性部位に基質が結合したのち、酵素-基質-ニッケルの３者複合体型Ni錯体が形成することで、生成物を生み出すユニークな触媒機構が明らかとなった。さらに、様々な古細菌のCfbAのアミノ酸配列を用いた分子系統解析から、CfbAがII型キラターゼの祖先型であること、また、CfbAのHis-rich領域の有無により、さらにType I とType II のCfbAに細かく分類可能であることが明らかとなった。興味深いことに、Type I とType IIのCfbA 分類は、古細菌であるメタン菌の１６S rRNA分子系統解析におけるclass I、class IIの分かれ方と一致しており、メタン菌の進化とCfbAの関連が示された。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Chemical Science
Volume: 12 Issue: 6 Pages: 2172-2180
10.1039/d0sc05439a
Dalton Transactions
Volume: 48 Issue: 18 Pages: 6083-6090
10.1039/c8dt04727h
