キノン型ビルトイン補酵素及び金属イオンを含有するコンポジット触媒の分子設計

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13125204
• Research Institution: OSAKA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 谷澤 克行 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20133134)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡島 俊英 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (10247968) ; 笹井 宏明 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (90205831)
• Keywords: 触媒・化学プロセス / 生物・生体工学 / ナノバイオ / 分子認識 / ビルトイン補酵素 / 複合酵素 / キノン補酵素

Research Abstract

生体内で多彩な化学反応を行っている酵素の多くは、さまざまな金属イオンや有機低分子化合物(補酵素)を含んでいて、それらの存在なしには触媒機能を発揮できない。換言すれば、タンパク質を構成している20種類のアミノ酸残基のみでは触媒できる反応の種類が限られているが、こうした金属イオンや補酵素を結合することで、タンパク質は多様な反応を触煤する能力を獲得する。本研究では、高効率な酸化還元反応の触媒能力を有するキノン型ビルトイン補酵素や金属イオン、さらには有機金属不斉触媒をタンパク質に導入したコンポジット触媒を新たに分子設計することを目的としている。平成15年度は、キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素(QHNDH)に含まれるキノン補酵素(CTQ)の生成機構を明らかにすることを目的として、オペロンを形成している本酵素サブユニット遺伝子のどれにも対応しない2番目のオープンリーディングフレーム(ORF2)の役割を解析した。ORF2は約55kDaの未知タンパク質をコードしており、ビタミン類(ビオチン、リポ酸など)の生合成に関わる酵素や種々の酵素活性化因子と、[Fe-S]クラスター結合配列およびS-アデノシルメチオニン(SAM)結合配列を共有する'ラジカルSAMスーパーファミリー'に属することが明らかになった。相同的組換え法を用いてP.denitrificansのORF2遺伝子を破壊したところ、α-サブユニットとβ-サブユニットのタンパク質は生成しているにも関わらず、酵素活性は全く検出されなかった。さらに、ORF2遺伝子を広域宿主発現ベクターに組込みORF2破壊株に導入した結果、QHNDH活性が復活した。これらの結果から、ORF2タンパク質はCTQ補酵素や分子内チオエーテル架橋の形成などQHNDH(特にγ-サブユニット)の生成過程に関与することが強く示唆された。

Research Products

• [Publications] H.Matsunami, T.Okajima, S.Hirota, H.Yamaguchi, H.Hori, S.Kuroda, K.Tanizawa: "Chemical Rescue of a Site-specific Mutant of Bacterial Copper Amine Oxidase for Generation of the Topa Quinone Cofactor"Biochemistry. in press. (2004)
• [Publications] M.Uchida, A.Ohtani, N.Kohyama, T.Okajima, K.Tanizawa, Y.Yamamoto: "Stereochemistry of 2-Phenylethylamine Oxidation Catalyzed by Bacterial Copper Amine Oxidase"Biosci.Biotechnol.Biochem.. 67. 2664-2667 (2003)
• [Publications] T.Fujita, J.Ikuta, J.Hamada, T.Okajima, K.Tatematsu, K.Tanizawa, S.Kuroda: "Identification of a Tissue-non-specific Homologue of Axonal Fasciculation and Elongation Protein Zeta-1"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 313. 738-744 (2003)
• [Publications] X.Zhang, D.Carpenter, N.Bokui, C.Soo, S.Miao, T.Truong, B.Wu, I.Chen, H.Vastardis, K.Tanizawa, S.Kuroda, K.Ting: "Overexpression of Nell-1,a Craniosynostosis-Associated Gene, Induces Apoptosis in Osteoblasts During Craniofacial Development"J.Bone and Mineral Res.. 18. 2126-2134 (2003)
• [Publications] 近藤昭彦, 黒田俊一, 谷澤克行, 妹尾昌治, 上田政和: "中空バイオナノ粒子によるピンポイントドラッグデリバリーシステム"化学工学. 67. 686-688 (2003)
• [Publications] C.Ogino, S.Kuroda, S.Tokuyama, A.Kondo, N.Shimizu, K.Tanizawa, H.Fukuda: "Phospholipase D from Streptoverticillium cinnamoneum : Protein Engineering and Application for Phospholipid Production"J.Mol.Cat.. B23. 107-115 (2003)
• [Publications] K.Kataoka, K.Tanizawa: "Alteration of Substrate Specificity of Leucine Dehydrogenase by Site-directed Mutagenesis"J.Mol.Cat.. B23. 299-309 (2003)
• [Publications] D.Sun, K.Ono, T.Okajima, K.Tanizawa, M.Uchida, Y.Yamamoto, F.S.Mathews, V.L.Davidson: "Chemical and Kinetic Reaction Mechanisms of Quinohemoprotein Amine Dehydrogenase from Paracoccus denitrificans"Biochemistry. 42. 10896-10903 (2003)
• [Publications] K.Aihara, S.Kuroda, N.Kanayama, S.Matsuyama, K.Tanizawa, M.Horie: "A Neuron-specific EGF family protein, NELL2, Promotes Survival of Neurons through Mitogen-activated Protein Kinases"Molecular Brain Research. 116. 86-93 (2003)
• [Publications] T.Yamada, Y.Iwasaki, H.Tada, H.Iwabuki, M.K.L.Chuah, T.VandenDriessche, H.Fukuda, A.Kondo, M.Ueda, M.Seno, K.Tanizawa, S.Kuroda: "Novel Nanoparticles for the Delivery of Genes and Drugs to Human Hepatocytes"Nature Biotechnol.. 21. 885-890 (2003)
• [Publications] S.Kodera, T.Okajima, H.Iwabuki, D.Kitaguchi, S.Kuroda, T.Yoshinobu, K.Tanizawa, M.Futai, H.Iwasaki: "Detection of Protein-Protein Interactions on SiO_2/Si Surfaces by Spectroscopic Ellipsometry"Anal.Biochem.. 321. 65-70 (2003)
• [Publications] 谷澤克行: "新しいペプチド・ビルトイン型キノン補酵素;その構造と触媒機能および生合成機構"ビタミン. 77. 275-283 (2003)
• [Publications] 岡島俊英, 谷澤克行: "ペプチド・ビルトイン型補酵素研究の新展開.酵素の多彩な触媒機能発現のための"しかけ"を探って"蛋白質核酸酵素. 48. 740-746 (2003)
• [Publications] A.Satoh, O.Adachi, K.Tanizawa, K.Hirotsu: "The Active Site Structure of Quinohemoprotein Amine Dehydrogenase Inhibited by p-Nitrohenylhydrazine"Biochim.Biophys.Acta. 1647. 272-277 (2003)
• [Publications] S.Kishishita, T.Okajima, M.Kim, H.Yamaguchi, S.Hirota, S.Suzuki, S.Kuroda, K.Tanizawa, M.Mure: "Role of Copper Ion in Bacterial Copper Amine Oxidase : Spectroscopic and Crystallographic Studies of Metal-substituted Enzymes"J.Am.Chem.Soc.. 125. 1041-1055 (2003)