ホヤによる金属イオンの濃縮・還元機構の分子生理学的解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440244
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 道端 齋 広島大学, 理学部, 教授 (00111740)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 植木 龍也 広島大学, 理学部, 助手 (10274705) ; 宇山 太郎 広島大学, 理学部, 講師 (60232914) ; 金森 寛 富山大学, 理学部, 教授 (00019001)
• Keywords: ホヤ / バナジウム / 金属濃縮 / 酸化還元 / 組み換えタンパク質 / 遺伝子クローニング / 金属結合タンパク質

Research Abstract

ホヤは高濃度かつ高選択的にバナジウムを濃縮している。その濃度は海水のバナジウム濃度の1,000万倍に相当する350mM濃度に達し、濃縮されたバナジウムは生体には稀な三価に還元されている。この特異な生理機能を担っているのは、バナジウム濃縮細胞(バナドサイト)である。バナジウムの濃縮機構と(B)還元機構を解明するため次のような目標を設定して研究を推進した。
(A)濃縮機構の解明:ホヤがどのような機構で多くの金属イオンが溶解している海水中から、特定の金属イオンと結合し得るのかを検討するため、バナジウム結合タンパク質(VAPs)のバナジウム結合能を5価と4価のバナジウムについて平衡透析法によって調べたところ、VAPの5価バナジウムとの最大結合数は18-20原子/mol、4価バナジウムとは12原子/molと非常に高い結合数を有することが明らかになった。15kDaと16kDaのVAPについては、cDNAのコード領域をPCRによって増幅し、マルトース結合タンパク質(MBP)を発現するpMAL-cベクターに挿入して発現プラスミドを構築した。この発現プラスミドを大腸菌TB1株に導入し、VAPとMBPとの組み換えタンパク質を合成した。さらに、MBPと親和性を持つアミロースレジンによって組み換えタンパク質を精製し、バナジウムとの親和性を調べる実験系を構築した。
(B)還元機構の解明:五価から四価さらに三価への還元カスケードを明らかにするために、NADPHが五価のバナジウムを直接還元する可能性を検討した。
その結果、NADPHは酸素存在の条件下で五価から四価へ還元すること見出した。また、過剰なプロトン(H+)の存在下ではNADPHによるバナジウムの還元が速やかに進むことを見いだし、バナドサイトの液胞に含まれる高濃度のプロトンがこの還元反応に関与する可能性を指摘した。

Research Products

• [Publications] Michibara, H,: "Vanadocytes, cells hold the key to resolveving she highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians."Microscop. Res. Tech.. (in press). (1999)
• [Publications] Kanamori, K.: "Direct reduction from vanadium(V) to vanadium(IV) by NADPHin the presence of EDTA. A consideration of the reduction and accumulation of vanadiumin the ascidian blood cells."J. Inorg. Biochem.. 77. 157-161 (1999)
• [Publications] 道端齋: "海水中の金属イオンを高選択的かつ高濃度に濃縮するホヤの生理機能とその応用の可能性"日本海水学会誌. 53. 248-257 (1999)