2016 Fiscal Year Annual Research Report
Identification and Functional Analysis of Stimuli-responsive Chemical Species during Enzyme Reaction
| Project Area | Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules |
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| Project/Area Number |
24109017
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
井上 豪 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20263204)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 努 国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 研究員 (10357668)
松村 浩由 立命館大学, 生命科学部, 教授 (30324809)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | チオレドキシンペルオキシダーゼ / 還元反応 / 酵素反応 / 反応中間体 / Ⅹ線構造解析 / 中性子線解析 / Ⅹ線自由電子レーザー / SACLA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体系では、酵素反応の過程で一過的に感応性化学種が生成し、特異な機能を発揮する場合がある。以前、超好熱性古細菌A. pernix K1由来ペルオキレドキシン（ApPrx）の反応中間体に超原子価硫黄原子種を含むS-OH中間体が活性種として存在することをⅩ線回折法を用いて明らかとしたが、超原子価のS原子上の水素原子の直接観測には至っていなかった。本研究課題では、S-OH中間体の詳細な構造を実験的に解析すると共に、その一般性を明らかとすることを目的とした。
超好熱性古細菌であるP. horikoshii (PhPrx)の結晶の、H2O2添加直後のⅩ線構造は、ApPrxと同様、S-OH中間体をとり、超原子硫黄の原子状態が広く一般的に生体内に存在することが判明した。また、S-OH中間体のS原子上の水素原子の直接観察のため、中性子回折法よる構造解析を目的とした大型結晶の作製に取り組んだ。2 mmを超える大型結晶が得られたものの、モザイク性も高く、3.5Å分解能のデータしか得られなかった。そこで、それぞれ10量体、12量体で存在するApPrxおよびPhPrxの結晶形を変更する目的で、会合体の境界面にアミノ酸の変異を導入した。ApPrxでは空間群がP1からP21に変わったものの、１軸が170.8Aと長くなり、国内の施設では中性子線回折のデータ収集が不可能であった。
そこで、12量体をとる超高熱古細菌T. kodakaraensis由来Prx(TkPrx)についても結晶化を行ったところ、空間群がP622に属する新たな結晶が得られ、現在、中性子線回折実験のための大型化に取り組んでいる。
一方、亜硝酸還元酵素NIRの変異体作製による人工酵素の作製を進め、別の酵素機能に酵素の骨格構造の構築には成功した。今後、SACLAにおけるX線自由電子レーザーを用いたこれら新しい機能も含めたNIRの時分割構造解析に取り組む予定である。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] A RuBisCO-mediated carbon metabolic pathway in methanogenic archaea.2017
Author(s)
Takunari Kono, Sandhya Mehrotra, Chikako Endo, Natsuko Kizu, Mami Matusda, Hiroyuki Kimura, Eiichi Mizohata, Tsuyoshi Inoue, Tomohisa Hasunuma, Akiho Yokota, Hiroyoshi Matsumura & Hiroki Ashida.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 8
Pages: 14007
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Protein crystallization with paper2016
Author(s)
Miki Matsuoka, Keisuke Kakinouchi, Hiroaki Adachi, Mihoko Maruyama, Shigeru Sugiyama, Satoshi Sano, Hiroshi Y. Yoshikawa, Yoshinori Takahashi, Masashi Yoshimura, Hiroyoshi Matsumura, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori and Kazufumi Takano
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.,
Volume: 55
Pages: 050302
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Redox-coupled structural changes in nitrite reductase revealed by serial femtosecond and microfocus crystallography2016
Author(s)
Yohta Fukuda, Tse Ka Man, Mamoru Susuki, Kay Diederichs, Kunio Hirata, Takanori Nakane, Michihiro Sugahara, Eriko Nango, Kensuke Tono, Yasumasa Joti, Takashi Kameshima, Changyong Song, Takaki Hatsui, Makina Yabashi, Osamu Nureki, Hiroyoshi Matsumura, Tsuyoshi Inoue, So Iwata, Eiichi Mizohata
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Journal Title
J. Biochem.,
Volume: 159（5）
Pages: 527-538
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A crystallization technique for obtaining large protein crystals with increased mechanical stability using agarose gel combined with a stirring technique2016
Author(s)
Mihoko Maruyama, Yuki Hayashi, Hiroshi Y. Yoshikawa, Shino Okada, Haruhiko Koizumi, Masaru Tachibana, Shigeru Sugiyama, Hiroaki Adachi, Hiroyoshi Matsumura, Tsuyoshi Inoue, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Masashi Yoshimura and Yusuke Mori
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Journal Title
J. Crystal Growth.
Volume: 452
Pages: 172-178
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Promotion of protein crystal growth by actively switching crystal growth mode via femtosecond laser ablation2016
Author(s)
Yusuke Tominaga, Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Haruhiko Koizumi, Masaru Tachibana, Shigeru Sugiyama, Hiroaki Adachi, Katsuo Tsukamoto, Hiroyoshi Matsumura, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Hiroshi Y. Yoshikawa and Yusuke Mori
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Journal Title
Nature Photonics.,
Volume: 10
Pages: 723-726
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] The molecular design of a mutant streptavidin with high specificity for only an artificial biotin derivative2017
Author(s)
Tsuyoshi Inoue, Tatsuya Kawato, Eiichi Mizohata, Yohei Shimizu, Tomohiro Meshizuka, Tomohiro Yamamoto, Noriaki Takasu, Masahiro Matsuoka, Tatsuhiko Kodama, Motomu Kanai, Hirofumi Doi, Akira Sugiyama
Organizer
11th Pure and Applied Chemistry International Conference 2017 (PACCON 2017)
Place of Presentation
CENTRA GOVERNMENT COMPLEX HOTEL & CONVENTION CENTRE CHAENG WATTHANA, Bangkok
Year and Date
2017-02-02 – 2017-02-03
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Structural Bioinorganic Chemistry of Copper Enzymes2016
Author(s)
Yohta Fukuda, Eiichi Mizohata, Tsuyoshi Inoue
Organizer
The 4th International Symposium for Young Chemists on Stimuli-Responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
Place of Presentation
大阪大学吹田キャンパス 工学研究科 サントリーメモリアルホール（大阪府・吹田市）
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-13
Int'l Joint Research / Invited
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