病原微生物におけるヘムシグナリング複合体の構造学的研究

• Project Area: Structural basis of cell-signalling complexes mediating signal perception, transduction and responses
• Project/Area Number: 23121531
• 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: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 杉本 宏 独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 専任研究員 (90344043)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2012: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2011: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: ヘム / トランスポーター / センサータンパク質

Outline of Annual Research Achievements

病原微生物と宿主との間には必須栄養元素である鉄の争奪戦がくりひろげられており、病原菌感染を治療するうえでも鉄代謝は鍵となっている。鉄の取り込みシステムで重要な役割を担っているタンパク質を分子レベルで理解するため、本研究では病原菌でヘムを感知する二成分情報伝達系のヘムセンサータンパク質であるChrS/ChrAと、ABCファミリーに属するヘムトランスポーター (HmuTUW)複合体の機能構造解析を進行させてきた。
Hisタグを付けて大腸菌で発現させたChrSは界面活性剤であるデシルマルトシドによって高効率で可溶化および精製が可能である。これまでのChrS/ChrAの機能解析によって、リガンド（ヘム）の特異性、ヘム依存的なリン酸化活性能、ヘム結合に必須な残基を明らかにしてきた。ChrS単独での結晶化に成功しており、分解能7 AのX線回折スポットを確認した。しかし、再現性よく結晶を得る事が困難であった。一方、ChrAは可溶性のタンパク質であり、GST融合体として発現・精製・結晶化方法を確立した結果、単独での構造決定に成功した(未発表)。
病原菌由来のヘムトランスポーターは3種類のタンパク質サブユニットが1:2:2複合体で機能する。そのうち、ペリプラズム空間でヘムを捕捉するサブユニットについて、アポおよびホロ型の立体構造を高分解能で決定した。また、膜貫通領域とATP結合サブユニットを含む結晶化に成功し、X線回折実験を行なった結果、分解能が3.6 A程度の反射データが得られ、分子置換法による位相計算によって部分的なモデル構築が可能となった。

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] Structural basis for the transcriptional regulation of heme homeostasis in Lactococcus lactis (2012)
  • Author(s): H. Sawai
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 287 Issue: 36 Pages: 30755-30768
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.370916
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of Quinol-Dependent Nitric Oxide Reductase from Geobacillus stearithermophilus (2012)
  • Author(s): Y.Matsumoto, T.Tosha, A.V.Pisliakov, T.Hino, H.Sugimoto, S.Nagano, Y.Sugita, Y.Shiro
  • Journal Title: Nat.Strl.Mol.Biol. Volume: 19 Issue: 2 Pages: 238-245
  • DOI: 10.1038/nsmb.2213
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of H2O2-dependent Cytochrome P450SPαwith its Bound Fatty Acid Substrate : Insight into the Regioselective Hydroxylation of Fatty Acids at theαPosition (2011)
  • Author(s): T. Fujishiro, O. Shoji, S. Nagano, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Issue: 34 Pages: 29941-29950
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.245225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for nitrous oxide generation by bacterial nitric oxide reductases
  • Author(s): Yoshitsugu Shiro, Hiroshi Sugimoto, Takehiko Tosha, Singo Nagano, Tomoya Hino
  • Journal Title: Philosophical Transactions of Royal Society B Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Crystal structure of novel periplasmic heme binding protein. (2012)
  • Author(s): Youichi Naoe
  • Organizer: Meeting of the Asian Crystallographic Association (AsCA 2012)
  • Place of Presentation: Adelaide, Australia
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] Structure and reaction mechanism of metalloproteins (2012)
  • Author(s): Hiroshi Sugimoto
  • Organizer: Advances in Protein Crystallography
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] Structure and catalytic mechanism of iron-dependent enzymes (2011)
  • Author(s): Hiroshi Sugimoto
  • Organizer: PDB40 : A Special Symposium Celebrating the 40th Anniversary of the PDB
  • Place of Presentation: コールドスプリングハーバー研究所(コールドスプリングハーバー、USA)
  • Year and Date: 2011-11-28