フリーラジカルを生成する金属のフラビン酵素の構造と機能

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480167
• Research Institution: NIPPON MEDICAL SCHOOL
• Principal Investigator: 西野 武士 日本医科大学, 医学部, 教授 (40094312)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 研 日本医科大学, 医学部, 助手 (60267143) ; 松村 智裕 日本医科大学, 医学部, 助手 (20297930) ; 岩崎 俊雄 日本医科大学, 医学部, 講師 (40277497)
• Keywords: 活性酸素 / キサンチン脱水素酵素 / キサンチン酸化酵素 / 金属タンパク質 / X線結晶解析 / 非ヘム鉄 / ペルオキシレドキシン / 鉄結合タンパク質

Research Abstract

1.キサンチン脱水素酵素・タンパク分解酵素による酸化酵素のそれぞれの2.1、2.5Å分解能のX線結晶構造の違いを解析し、コンフォメション変化の生ずる理由を解明した。X-線結晶解析で得た構造としては最長のアミノ酸配列である。蛋白は2量体でそれぞれ3つの大きなドメインからなり、モリプドプテリン、2つの非ヘム鉄、フラビンは一列をなし、電子伝達経路が確定した。脱水素酵素型、酸化酵素型ではフラビン周囲のコンフォメーションが異なった。この差は、タンパク質分解酵素作用によりフラビンドメインとモリブデンドメインを結ぶ長鎖リンカーの切断により、F549とR335、R429との水素結合ネットワークが断たれ、それに伴いW336とR427-D429の相互作用が切断され結果としてD429のフラビン環6位近傍からの遠ざかりとR427の接近が生ずる結果である。これらの電荷をもつ残基の置換とともにNADの接近のブロックが生ずる。またF337Lの変異体を作成し、この酵素が殆どスーパーオキシドのみを産生することを見い出した。その理由はセミキノンをより安定化させることによることを確認し、以前の我々の予想と一致した。
2.NO合成酵素の2量体形成およびヘム周囲のXAFS解析を行った。またNO合成酵素の阻害剤のアイソザイム特異性を検討した。
3.箱嶋らと共同でおこなったHBP23の立体構造の解析結果をもとに、活性中心のCys52,Cys173およびその周辺のアミノ酸残基の変異体を作成し、それぞれの役割を解析した。ヘム結合の様式を可視部吸収スペクトル、ラマン分光により解析しリガンドを予想した。ヘム結合により過酸化水素分解活性が阻害されることを見い出した。

Research Products

• [Publications] T.Iwasaki,K.Okamoto,T.Nishino,J.Mizushima,H.Hori,and T.Nishino.: "Sequence Motif-specific Assignment of Two [2Fe-2S] Clusters in Rat Xanthine Oxidoreductase Studied by Site-directed Mutagnesis"J.Biochem.. 127. 771-778 (2000)
• [Publications] T.Kitagawa,M.Morisima,T.Nishino,and E.Kimura.: "(Review) Progress on "Molecular Biometallics" as a Project of the Priority Areas for Research under the Auspices of Japanese Government"J.Biol.Inorg.Chem.. 5. 410-415 (2000)
• [Publications] T.Nishino and K.Okamoto.: "(Reveiew) The Role of the [2Fe-2S] Cluster Centers in Xanthine Oxidoreductase."J.Inorg.Biochem.. 82. 43-49 (2000)
• [Publications] C.Enroth,B.T.Eger,K.Okamoto,T.Nishino,T.Nishino,and E.F.Pai.: "Crystal Structures of Bovine Milk Xanthine Dehydrogenase and Xanthine Oxidase : Structure-Based Mechanism of Conversion"Proc.Natle.Acad.Sci.,USA. 97. 10723-10728 (2000)
• [Publications] B.T.Eger,K.Okamoto,C.Enroth,M.Sato,T.Nishino,E.F.Pai,and T.Nishino.: "Purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of xanthine Dehydrogenase and xanthine Oxidase isolated from bovine milk."Acta Cryst.. D56. 1656-1658 (2000)
• [Publications] J.Park,T.Higuchi,K.Kikuchi1,Y.Urano,H.Hori,T.Nishino,J.Aoki,K.Inoue & T.Nagano: "Selective inhibition of human inducible nitric oxide synthase by S-alkyl-L-isothiocitrulline-containing dipeptides."Brithish J.Pharm.. 274(in press).
• [Publications] 広津晶子,阿部靖子,西野武士,箱嶋敏雄: "ペルオキシレドキシンの分子機能の構造的基盤"蛋白質・核酸・酵素. 45. 2463-2474 (2000)
• [Publications] T.Nishino etcetera: "FLAVINS AND FLAVOPROTEINS"RUDOLF WEBER AGENCY FOR SCIENTIFIC PUBLICATIONS. 26 (1999)
• [Publications] T.Iwasaki,,H.Hori,Y.Hayashi, et al. (Nishino,T.): "J.Biol.Chem."Characterization of mouse nNOS2, a natural variant of neuronal nitric-oxide synthase produced in the central nervous system by selective alternative splicing.. 17559-17566 (1999)