Molecular movie for nitric oxide reduction at the active site of metalloenzyme
Publicly Offered Research
| Project Area | Non-equilibrium-state molecular movies and their applications |
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| Project/Area Number |
22H04760
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | University of Hyogo (2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2022) |
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Principal Investigator |
當舎 武彦 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (00548993)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 時間分解構造解析 / 金属酵素 / ヘム / 一酸化窒素 / ケージド化合物 / 反応中間体 / X線自由電子レーザー |
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| Outline of Research at the Start |
地球上の窒素循環において、窒素固定により切断されたN-N結合の再生を触媒し、窒素化合物のバランス維持において重要な膜結合型一酸化窒素還元酵素（NOR)を対象とする。NORはヘム鉄と非ヘム鉄からなる活性中心において、電子伝達およびプロトン化を巧妙に行うことで、化学結合の形成（N-N結合）と開裂（N-O結合）を円滑に行うことができる。そのため、多くの研究者がその反応機構の解明を目指してきたが、未だ反応中間体の構造は解明されておらず、詳細な反応機構の理解に至っていない。そこで、この現状を打破するために、SACLAを利用した時間分解構造解析により、NORの反応中間体の構造を決定することに挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜結合型一酸化窒素還元酵素（NOR）は、ヘム鉄および非ヘム鉄からなる複核活性中心において、細胞毒である一酸化窒素（NO）の還元反応を触媒する。NORによるNO還元の化学についての理解を深めるために、本課題では、X線自由電子レーザー（XFEL）を利用した時間分解X線結晶構造解析によりNORの反応中間体の構造を明らかにすることを目的としている。溶液試料を用いた実験から、紫外光照射によりNOを発生するケージドNOを反応開始のトリガーとした時間分解分光計測が可能であることを示してきており、本課題では、これを結晶試料に適用する。NORによるNO還元反応は、還元型NORとNOが反応することで開始されるので、還元型NORの酸素分子による自動酸化を防ぐ必要がある。つまり、嫌気条件下での時間分解X線構造解析が必要となる。そのために、酸素分子を透過させない酸素バリア性フィルムを用いてNORの結晶試料を包み込んでＸ線回折実験を行うことを提案し、酸素バリア性フィルムを結晶化プレートとして、NORの結晶を得る方法を確立してきた。
本年度は、酸素バリア性フィルムを用いた手法に関して、新たな取り組みとして、海外研究協力者であるDiamond Light Sourceのグループが開発したX線ポンプ・プローブ法の導入を検討した。本手法では、SACLAからのX線をアッテネータにより弱くしたものを励起光源として利用し、はじめに金属活性中心の還元を行う。その後、アッテネータを利用していないXFEL光を利用することで、還元後の酵素の回折データを得るというものでる。本研究期間内には、NORを用いて、本手法を用いた時間分解構造解析を行うまでには、至らなかったが、別の試料での予備結果を得た。今後は、このX線ポンプ・プローブ法とケージドNOを用いた時間分解構造解析を組み合わせることで、NORの反応中間体の構造解析に取り組む。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(27 results)
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[Journal Article] A redox switch allows binding of Fe(II) and Fe(III) ions in the cyanobacterial iron-binding protein FutA from <i>Prochlorococcus</i>2024
Author(s)
Bolton,Machelett.Stubbs,Axford,Caramello,Catapano,Mal,Rodrigues,Cordery,Tizzard,MacMillan,Engilberge,von Stetten,Tosha,Sugimoto,Worrall,Webb,Zubkov,Coles,Mathieu,Steiner,Murshudov,Schrader,Orville,Royant,Evans,Hough,Owen,Tews
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 121
Issue: 12
Pages: 1-6
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Complementarity of neutron, XFEL and synchrotron crystallography for defining the structures of metalloenzymes at room temperature2022
Author(s)
Moreno-Chicano, Carey, Axford, Beale, Doak, Duyvesteyn, Ebrahim, Henning, Monteiro, Myles, Owada, Sherrell, Straw, Srajer, Sugimoto, Tono, Tosha T., Tews, Trebbin, Strange, Weiss, Worrall, Meilleur, Owen, Ghiladi, Hough
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Journal Title
IUCrJ
Volume: 9
Issue: 5
Pages: 610-624
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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