2020 Fiscal Year Annual Research Report
生命金属動態を制御するシャペロン分子ネットワークの解明
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
19H05765
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
古川 良明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40415287)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 金属タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼ（SOD1, SodC）の成熟化過程に着目し、生体内における生命金属動態制御の理解と、その破綻がもたらす疾患発症機序の解明を目標としている。その実現に向けて本年度は、バクテリアSodCによる銅イオン獲得のメカニズムとヒトSOD1への銅・亜鉛イオンの結合メカニズムの解明に取り組んだ。まず、SodCによる銅イオン獲得のメカニズムについては、SOD1/SodCに保存された分子内ジスルフィド結合に関わるシステイン残基が、銅イオンや亜鉛イオンの獲得に重要な役割を果たしうることを明らかにできた。また、ヒトSOD1への銅・亜鉛イオン結合プロセスにおいては、分子内ジスルフィド結合が形成していると、銅・亜鉛イオンの結合サイトに金属イオンがランダムに結合してしまうことがわかった。特に、銅イオン結合サイトへの亜鉛イオンの結合を防ぐためには、ジスルフィド結合が切断されている必要があった。以上より、SOD1やSodCへの金属イオン結合は、ジスルフィド結合に形成するシステイン残基によって制御されていることがわかった。これらの成果は、２報の原著論文として報告するとともに、６件の招待講演として発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. バクテリアSodCによる銅イオン獲得のメカニズム
バクテリアにはCCSに対応する銅シャペロンが存在せず、SodC（バクテリアの銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼ）が銅イオンを獲得するメカニズムは明らかでない。本年度は、SodCが有する２つのCys残基が配位子となってCu2+を強力に捕捉できることを見出した。さらに、自動酸化によって分子内S-S結合が形成するとともに、銅イオンがSodC本来の銅イオン結合部位に移動して活性型となった。S-S結合の形成によってSodCの構造安定性が増大することから、Cys残基には二重の役割があることを提案できた。
2. 金属イオンが量的に制限された環境でのSOD1成熟化を可能にするメカニズム
銅・亜鉛イオンを結合していないアポ型SOD1は、構造不安定化を通じて疾患の発症要因となりうるため、生体内における全てのSOD1は銅・亜鉛イオンが結合したホロ型として存在する必要がある。しかし、生命金属が量的に制限された細胞内環境では、SOD1に対して準化学量論量の金属イオンしか利用できない可能性が考えられる。つまり、ホモ二量体であるSOD1のそれぞれのサブユニットに対して、金属イオンをどのようにして均しく結合させうるのかを明らかにする必要がある。本研究では、ネイティブ質量分析法を利用することで、各サブユニットへの金属イオン結合分布を明らかにし、いずれのサブユニットにも金属イオンが結合したホモ二量体への成熟化を可能にするメカニズムを提案できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
SOD1への金属イオン結合プロセスの不全は、タンパク質ミスフォールディングの要因となることが知られている。SOD1のミスフォールディングは筋萎縮性側索硬化症（ALS）にみられる病理学的変化の一つであることから、本年度に得られたSOD1への金属イオン結合を制御するメカニズムに関する知見を活かすことで、ALSにみられるSOD1のミスフォールディング機序の解明を進める。
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