揺らぎによるシトクロムｃ多量体形成と機能

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 23107723
• 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: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 廣田 俊 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (90283457)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: シトクロムc / ヘムタンパク質 / 多量体 / 変性 / 構造変化

Outline of Annual Research Achievements

シトクロムc（cyt c）はミトコンドリアにおいて電子伝達を行うとともに、アポトーシス誘導の際、ミトコンドリアから放出される。研究代表者らは2010年、cyt cがＣ末端領域のαへリックスをドメインスワッピングすることにより多量体を連続的に形成しポリマー化することを明らかにした。平成24年度は、酸化型ウマcyt c二量体の紫外可視吸収スペクトルのソーレー帯およびQ帯がシアン化物イオン添加により短波長シフトし、cyt c二量体がシアン化物イオンと比較的強く結合することを見出した。シアン化物イオン結合型cyt c二量体のFe-CN伸縮振動数より、cyt c二量体へのシアン化物イオンの結合が他のヘムタンパク質より弱いことが判明した。シアン化物イオンの結合により、cyt c二量体の二次構造は大きく変化しないが、二量体の単量体への解離速度が増加し、解離温度が減少することも明らかとなった。好熱性水素細菌由来シトクロムc552（cyt c552）の酸化型にエタノールを添加すると多量体が得られた。Cyt c552溶液にエタノールを50℃で加えると、メチオニンがヘム鉄から一部解離することが分かった。Cyt c552二量体の立体構造では、N末端αヘリックスとヘムを含む領域が別分子の対応する領域とドメインスワッピングすることが明らかとなった。Cyt c552ではヘム鉄に配位するメチオニン残基の周辺のループで比較的強い水素結合ネットワークが形成されているため、二量化するとき、C末端αヘリックスは残りのタンパク質部分から解離しなかったと推測された。Cyt c552二量体ではメチオニンはヘム鉄に配位していたが、メチオニンはヘムが属しているプロトマーとは異なるプロトマーに属していた。Cyt c552単量体の熱安定性に重要なアミノ酸残基のパッキングは二量体でも保たれ、二量体は高い熱安定性を示した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Interaction of dimeric horse cytochrome c with cyanide ion (2013)
  • Author(s): Ari Dwi Nugraheni, Satoshi Nagao, Sachiko Yanagisawa, Takashi Ogura and Shun Hirota
  • Journal Title: J Biol Inorg Chem Volume: 18 Issue: 3 Pages: 383-390
  • DOI: 10.1007/s00775-013-0982-8
  • NAID: 120005716871
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural and Oxygen Binding Properties of Dimeric Horse Myoglobin (2012)
  • Author(s): S. Nagao, H. Osuka, T. Yamada, T. Uni, Y. Shomura, K. Imai, Y. Higuchi, S. Hirota
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 41 Issue: 37 Pages: 11378-11385
  • DOI: 10.1039/c2dt30893b
  • NAID: 120005716865
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Domain Swapping of the Heme and N-Terminal α-Helix in Hydrogenobacter thermophilus Cytochrome c552 Dimer (2012)
  • Author(s): Y. Hayashi, S. Nagao, H. Osuka, H. Komori, Y. Higuchi, S. Hirota
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51 Issue: 43 Pages: 8608-8616
  • DOI: 10.1021/bi3011303
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Maintenance of the Secondary Structure of Horse Cytochrome c during the Conversion Process of Monomers to Oligomers by Addition of Ethanol (2012)
  • Author(s): S. Hirota, M. Ueda, Y. Hayashi, S. Nagao, H. Kamikubo, M. Kataoka
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 152 Issue: 6 Pages: 521-529
  • DOI: 10.1093/jb/mvs098
  • NAID: 10031166170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peroxidase Activity Enhancement of Horse Cytochrome c by Dimerization (2011)
  • Author(s): Zhonghua, Wang, Takashi Matsuo, Satoshi Nagao, Shun Hirota
  • Journal Title: Org.Biomol.Chem. Volume: 9 Issue: 13 Pages: 4766-4769
  • DOI: 10.1039/c1ob05552f
  • NAID: 120005716874
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Met80Ala変異体を用いたヒトシトクロムc多量化に関する研究 (2013)
  • Author(s): 山城信裕、Wang Zhonghua、長尾聡、廣田俊
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 大腸菌由来シトクロムb562の多量化と二量体の構造機能 (2013)
  • Author(s): 栗林麻衣、長尾聡、廣田俊
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] ウマシトクロムc二量体に対する塩効果 (2013)
  • Author(s): 龍崎美智子、山中優、廣田俊
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 超好熱菌シトクロムc555の多量化 (2013)
  • Author(s): 山中優、羽田正雄、廣田俊
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] Oligomerization of Cytochrome c by Domain Swapping (2012)
  • Author(s): 廣田俊
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-22
  • Invited
• [Presentation] Polymerization and Peroxidase Activity Enhancement of Cytochrome c by Successive Domain Swapping (2012)
  • Author(s): S. Hirota, Y. Hattori, Z. Wang, S. Nagao, M. Taketa, H. Komori, H. Kamikubo, T. Matsuo, I. Takahashi, S. Negi, Y. Sugiura, M. Kataoka, Y. Higuchi
  • Organizer: 11th European Biological Inorganic Chemistry Conference
  • Place of Presentation: Granada, Spain
  • Year and Date: 2012-09-14
• [Presentation] 脂質との相互作用によるシトクロムcの多量体形成 (2012)
  • Author(s): 林有吾、長尾聡、廣田俊
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-07
• [Presentation] 好熱菌由来シトクロムc552を用いたタンパク質ナノリングの作製 (2012)
  • Author(s): 林修平、長尾聡、廣田俊
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] Polymerization and Peroxidase Activity Enhancement of Cytochrome c by Successive Domain Swapping at the C-Terminal Helix (2012)
  • Author(s): S. Hirota, Y. Hattori, Z. Wang, S. Nagao, M. Taketa, H. Komori, H. Kamikubo, T. Matsuo, I. Takahashi, S. Negi, Y. Sugiura, M. Kataoka, Y. Higuchi
  • Organizer: Seventh International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2012-07-03
  • Invited
• [Presentation] ドメインスワッピングによるミオグロビン二量体の形成 (2012)
  • Author(s): 長尾聡、宇仁武史、山田卓矢、大須賀久織、庄村康人、今井清博、樋口芳樹、廣田俊
  • Organizer: 第39回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2012-06-09
• [Presentation] 「好熱菌由来シトクロムc552二量体の構造と熱安定性 (2012)
  • Author(s): 林有吾、長尾聡、大須賀久織、小森博文、樋口芳樹、廣田俊
  • Organizer: 第39回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2012-06-08
• [Presentation] タンパク質から成る超分子 (2012)
  • Author(s): 廣田俊
  • Organizer: 分子研シンポジウム
  • Place of Presentation: 分子科学研究所
  • Year and Date: 2012-06-01
  • Invited
• [Presentation] ドメインスワッピングによるシトクロムcの超分子化 (2012)
  • Author(s): 廣田俊
  • Organizer: 神戸大学先端融合科学シンポジウム「タンパク質アセンブリ-会合、超分子化、凝集-」
  • Place of Presentation: 神戸大学(神戸市)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-31
• [Presentation] ウマシトクロムcおよび緑膿菌シトクロムc_<551>の多量体形成 (2011)
  • Author(s): 廣田俊、上田真理子、長尾聡、大須賀久織、小森博文、上久保裕生、片岡幹雄、樋口芳樹
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学(つくば市)
  • Year and Date: 2011-06-23