酸素センサータンパク質FixLによる環境情報伝達機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680661
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 飯塚 哲太郎 法政大学, 工学部, 教授 (30029475)
• Keywords: 酸素センサータンパク質 / FixL / FixJ / ヘムタンパク質 / リン酸化 / 窒素固定遺伝子 / 活性水素 / 自動酸化

Research Abstract

酸素センサータンパク質FixLは、マメ科植物の根に根粒を形成する根粒菌中に存在し、周囲の酸素濃度を感知し、窒素固定酵素の合成を遺伝子レベルで調節するヘムタンパク質である。FixLはヘム結合ドメインとキナーゼドメインから成り、前者は酸素濃度を感知し、後者はATPからリン酸基を受け取りレギュレータータンパク質FixJをリン酸化する。周囲の酸素濃度が高いときには、ヘム鉄に酸素が結合し、キナーゼ活性を示さない。しかし、酸素濃度が低下すると、ヘム鉄から酸素が解離し、キナーゼ活性が上昇し、FixJのリン酸化を通して窒素固定遺伝子が活性化される。
平成12、13年度において、研究計画のほぼ8割を達成したので、本年度は残された以下の二つの研究課題を実施した。
1.自動酸化メカニズムの比較検討:酸素センサーとして機能するヘムタンパク質FixLと他のヘムタンパク質の自動酸化メカニズムか同じか否かについて、種々の酸素濃度条件下で比較する。一般に、2価のヘム鉄に結合した酸素分子が二価のヘム鉄からの電子移動によりスーパーオキシドアニオンとなり、その結果三価のヘム鉄から分離するという通説(活性酸素説)が有力であったが、我々はリガンド非結合型の二価鉄から活性水素が放出される可能性を示唆する結果を得た。2.リン酸化によるFixJの活性化と転写活性の検討:FixJは酸素センサーFixLからリン酸基を受け取ると活性化しDNAのプロモーター領域に結合し転写活性が向上する。そのメカニズムを解明するために、FixJのリン酸化部位のアミノ酸置換体をもちいて、機能発現に必須のアミノ酸を検索し、DNAへの結合特性に対するリン酸化部位の影響を定量的に調べた。

Research Products

• [Publications] 飯塚哲太郎: "「金属タンパク質の解析」in「新蛋白質科学実験法」(大島泰郎、鈴木紘一、藤井義明、村松喬 編)"東京化学同人(印刷中). (2002)
• [Publications] 飯塚哲太郎: "「生物物理へのインパクト-加速器の進歩から生まれた構造生物学」in「現代物理学の歴史と展望」(荒船次郎、江沢洋、中村孔一、米沢富美子 編)"朝倉書店(印刷中). (2002)
• [Publications] Shiro, Y., Iizuka, T.ほか: ""Physiological Functions and Molecular Structure of New Proteins" in "Molecular Anatomy of Cellular Systems" (I. Endo, I. Yamaguchi, T. Kudo, H. Osada, and T. Shibata, Eds.)"Elsevier(印刷中). (2002)