ガス分子により駆動される新規なセンサータンパク質の機能発現機構

• Project Area: Molecular interaction and modal shift of cellular sensors
• Project/Area Number: 21026033
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities
• Principal Investigator: 青野 重利 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(共通施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (60183729)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,800,000 (Direct Cost: ¥5,800,000); Fiscal Year 2010: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2009: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 気体分子センサータンパク質 / 酸素センサータンパク質 / ジグアニル酸シクラーゼ / ヘムタンパク質

Research Abstract

今年度の研究では、Pseudomonas aeruginosaの酸素に対する走化性制御系において酸素センサーとして機能している新規な酸素センサータンパク質Aer2を見出した。本研究では、ガス分子により駆動される新規なセンサータンパク質として、昨年度に見出した好冷性硫酸塩還元細菌であるDesulfotalea psychrophila由来のHemDGCとともに、Pseudomonas aeruginosa由来のAer2を研究対象とし、これら酸素センサータンパク質の構造機能相関の解明を目的として研究を行った。HemDGCはグロビンドメインを、Aer2はPASドメインをセンサードメインとして利用しており、いずれの場合もプロトヘム(b型ヘム)を酸素センサーの活性中心として利用していることが分かった。HemDGC、Aer2いずれの場合も、ヘム遠位ポケットに存在するアミノ酸残基とヘムに配位した酸素分子間で形成される水素結合が、酸素の選択的センシングに重要な役割を果たしていることが分かった。部位特異的変異導入法と共鳴ラマン分光学による解析の結果、HemDGCでは、ヘムに配位した酸素分子とTyr55とGln81の間で水素結合ネットワークが形成されていることを明らかにした。酸素のかわりに一酸化炭素がヘムに結合した場合には、このような水素結合ネットワークは形成されず、Gln81のみが一酸化炭素と相互作用していた。Aer2の場合には、ヘムに結合した酸素分子とHis251が水素結合していることを示唆するデータが得られた。このような特異的水素結合ネットワークの形成により誘起されるヘム周辺のコンフォメーション変化が、分子全体の構造変化へとつながることで、酸素に応答した機能制御が達成されているものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Post-translational His-Cys cross-linkage formation in tyrosinase induced by copper (II)-peroxo species (2011)
  • Author(s): Nobutaka Fujieda
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 133 Pages: 1180-1183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of the Fe-S cluster in the sensory domain of nitrogenase transcriptional activator VnfA from Azotobacter vinelandii (2010)
  • Author(s): Hiroshi Nakajima
  • Journal Title: FEBS J. 277 Pages: 817-832
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Oxygen regulates the enzymatic activity of a heme-containingdiguanylate cyclase (HemDGC) for the synthesis of cyclic di-GMP (2010)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta-Proteins Proteomics 1804 Pages: 166-172
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structure and function of oxygen sensor proteins adopting a heme-containing PAS domain as a sensor for aerotaxis control (2011)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: 3rd Japan-Korea Seminar on Biomolecular Sciences Experiments and Simulations
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2011-03-01
• [Presentation] A new oxygen sensor protein adopting a heme-containing PAS domain as a sensor for aerotaxis control (2010)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2010-12-16
• [Presentation] X-ray crystal structure of the Michaelis complex of a novel heme enzyme, aldoxime dehydratase OxdRE (2010)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2010-12-15
• [Presentation] Enzymatic reaction mechanism of aldoxime dehydratase revealed by X-ray crystal structure of Michaelis complex (2010)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: 5th Asian Biological Inorganic Chemstry Conference
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] ヘム含有PASドメインを有する新規な走化性制御蛋白質Aer2の酸素感知機構 (2010)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第4回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪)
  • Year and Date: 2010-09-25
• [Presentation] Trap of the Michaelis Complex of a Novel Heme Enzyme, Aldoxomie Dehydatase (2010)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: 6th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • Place of Presentation: New Mexico, USA
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] X-ray Crystal Structure of Michaelis Complex of A Novel Heme Enzyme Aldoxime Dehydratase (2010)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: 10^<th> European Biological Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: Thessaloniki, Greece
  • Year and Date: 2010-06-26
• [Presentation] ヘム含有PASドメインを有するシグナルトランスデューサータンパク質Aer2による酸素センシング (2010)
  • Author(s): 青野重利
  • Organizer: 第37回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 山口大学(山口)
  • Year and Date: 2010-06-19
• [Presentation] Molecular oxygen regulates the enzymatic activity of a heme-containing diguanylate cyclase, HemDGC (2009)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Functional analysis of vanadium nitrogenase regulating protein in Azotobacter vinelandii (2009)
  • Author(s): Hiroshi Nakajima
  • Organizer: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-07-26
• [Presentation] Nitrogenase transcriptional activator, VnfA-Identification of signal molecule by using in vivo activity assay system (2009)
  • Author(s): Kyohei Yoshimitsu
  • Organizer: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-07-26
• [Presentation] Physiological role of thiolate coordination to the heme in CooA from R.rubrum (2009)
  • Author(s): Shigetoshi Aono
  • Organizer: 16th International Conference on Cytoshrome P450
  • Place of Presentation: 万国津梁館(沖縄)
  • Year and Date: 2009-06-24