翻訳開始因子キナーゼにおける活性酸素シグナル伝達機構の解明

• Project Area: Signaling functions of reactive oxygen species
• Project/Area Number: 21117501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 五十嵐 城太郎 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80375162)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2010: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2009: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: ヘム調節インヒビター / 翻訳開始因子キナーゼ / ヘム / 一酸化窒素 / S-ニトロシル化 / 過酸化水素 / 肺がん / 結晶化

Research Abstract

真核細胞は、一酸化窒素(NO)や過酸化水素(H_2O_2)等の活性窒素・活性酸素によるストレスを受けたときタンパク質合成が低下することが知られている。本研究では、この現象に関与する翻訳開始因子キナーゼ、ヘム調節キナーゼ(HRI)を対象として、その酵素活性調節の分子機構について研究を行った。
1)HRIと活性酸素種との相互作用を検討するために、培養細胞(マウス赤白血病細胞、MEL)に対してH_2O_2を処理したところ、イムノブロット法によってHRIのタンパク質量が増加することがわかった。この原因については現在検討中である。2)ヒト肺がん細胞において見つかったHRI変異の酵素活性への影響を調べるために、大腸菌を用いて発現精製した組換えタンパク質を用いて、その酵素活性、基質親和性、ヘムによる阻害効果を調べた。その結果、変異によって、基質ATPへの親和性が増大し、触媒活性が上昇することが明らかとなった。3)HRIの立体構造を明らかにするために、ヒト、マウス、ラット及びゼブラフィッシュのHRI遺伝子をクローニングし、タンパク質の大量発現、精製を行った。ヘムを含まないアポ型酵素について、結晶化スクリーニングを行ったところ、ヒット条件が得られた。回折データを収集したものの、低分解能のため構造解析は難しく、分解能向上のため結晶化条件の最適化を行っている。
最後に、一酸化窒素とヘモグロビンとの相互作用についても論文発表を行った(Igarashi et al.(2011)J.Biol.Inorg.Chem.16,599)。

Research Products

• [Journal Article] A hydrogen-bonding network formed by the B10-E7-E11 residues of a truncated hemoglobin from Tetrahymena pyriformis is critical for stability of bound oxygen and nitric oxide detoxification (2011)
  • Author(s): Jotaro Igarashi
  • Journal Title: Journal of Biological Inorganic Chemistry Volume: 16 Pages: 599-609
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autophosphorylation of heme-regulated eukaryotic initiation factor 2α kinase, HRI, and the role of the modification in catalysis (2011)
  • Author(s): Jotaro Igarashi
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: 278 Pages: 918-928
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structures of constitutive nitric oxide synthases in complex with de novo designed inhibitors (2009)
  • Author(s): 五十嵐城太郎
  • Journal Title: Journal of Medicinal Chemistry 52 Pages: 2060-2066
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Molecular mechanism of NO-induced catalytic activation of mouse heme-regulated eukaryotic initiation factor 2α kinase, HRI (2010)
  • Author(s): Jotaro Igarashi
  • Organizer: Pacifichem 2010 Congress
  • Place of Presentation: Honolulu, HI, USA
  • Year and Date: 2010-12-16
• [Presentation] NO-induced activation of a heme-sensor, eIF2α kinase, in association with binding to cysteine and heme (2010)
  • Author(s): Jotaro Igarashi
  • Organizer: 6th International Conference, Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2010-06-16
• [Presentation] ヘム調節インヒビター(HRI)の一酸化窒素による活性調節機構:S-ニトロシル化の検討 (2009)
  • Author(s): 五十嵐城太郎
  • Organizer: 第5回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2009-05-08
• [Book] Handbook of Porphyrin Science Vol.15 (2011)
  • Author(s): Jotaro Igarashi
  • Publisher: World Scientific
• [Book] 酵素利用技術体系 (2010)
  • Author(s): 五十嵐城太郎
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Remarks]
  • URL: http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/1574b096d2e56102954b499022bff4e2.html
• [Remarks]
  • URL: http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/1574b096d2e56102954b499022bff4e2.html