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2012 Fiscal Year Annual Research Report

ホタルルシフェラーゼによるπ空間制御機構の解明

Planned Research

Project AreaEmergence of highly elaborated pai-space and its function
Project/Area Number 20108016
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

中津 亨  京都大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (50293949)

Project Period (FY) 2008-04-01 – 2013-03-31
Keywordsルシフェラーゼ / π空間 / オキシルシフェリン / 立体構造 / 発光反応
Outline of Annual Research Achievements

ホタルによる黄緑色の発光は、酵素であるルシフェラーゼの中で発光基質ルシフェリンとATP、酸素が反応し、励起状態のオキシルシフェリンが生成し、基底状態に戻るときに生じる。この発光色は不思議なことに酵素であるルシフェラーゼのわずか1アミノ酸を変化させるだけで赤色に変化する。この仕組みを詳細に検討するためには野生型および発光色変異体の研究を併せて行うが必要となる。
これまでの研究により発光を終了させたAMPおよびオキシルシフェリン(OXyLH2)の立体構造決定を行ってきたが、オキシルシフェリンの結合状態が反対になっているものが観測されてきた。これはOxyLH2の構造が対称性が高いことからこのようなことが生じることが想像された。そこでこの問題を解消することを目的としオキシルシフェリンのチアゾール環の5位にメチル基をつけ、非対称となるMOxyLH2を用いて構造解析を行った。その結果、野生型では1.4A分解能で解析を行うことができ、反応が進行した後に生じると考えられる向きに結合していた。MOxyLH2のベンゾチアゾール環の5’位の酸素がルシフェラーゼと水素結合ネットワークを形成していた。この形成にはArg220、Asn231、Tyr257が関わっており、発光直前を模した反応中間体アナログとの複合体構造で観測された水を含めた水素結合ネットワークと同じであった。このことから、発光反応を行う上でこの水素結合ネットワークを保つことにより、オキシルシフェリンのrigidityを保つことが可能となり、黄緑色発光を行う上で重要なネットワークであることが示唆された。

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

    (5 results)

All 2013 2012

All Journal Article (1 results) Presentation (3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Structural basis for color modulation mechanism of firefly luciferase bioluminescence2012

    • Author(s)
      Kanako Terakado
    • Journal Title

      Luminescence

      Volume: 27 Pages: 164

  • [Presentation] The role of hydrogen bonding network around oxyluciferin binding region in firefly luciferase bioluminescence2013

    • Author(s)
      Toru Nakatsu
    • Organizer
      Nagoya Symposium Frontiers in Structural Physiology
    • Place of Presentation
      名古屋大学、(愛知県)
    • Year and Date
      2013-01-22 – 2013-01-24
  • [Presentation] ホタル由来ルシフェラーゼのオキシルシフェリンアナログ複合体の高分解能X線結晶構造解析2012

    • Author(s)
      中津亨
    • Organizer
      日本生化学会
    • Place of Presentation
      マリンメッセ福岡、(福岡県)
    • Year and Date
      2012-12-14 – 2012-12-16
  • [Presentation] Structural basis for color modulation mechanism of firefly luciferase bioluminescence2012

    • Author(s)
      Toru Nakatsu
    • Organizer
      17th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
    • Place of Presentation
      Guelph, Ontario, Canada
    • Year and Date
      2012-05-28 – 2012-06-02
  • [Book] 高次π空間の創発と機能開発2013

    • Author(s)
      寺角香菜子
    • Total Pages
      245
    • Publisher
      (株)シーエムシー出版

URL: 

Published: 2018-02-02  

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