ヘムオキシゲナーゼの酵素反応を原子スケールで追跡する

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380300
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 齋藤 正男 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70302239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 富田 毅 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (20302242) ; 海野 昌喜 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 ; 松井 敏高 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (90323120)
• Keywords: ヘム / ヘムオキシゲナーゼ / X線結晶構造解析

Research Abstract

ヘムオキシゲナーゼはヘムを酸化的に分解し、最終的にビリベルジンへと変換する酵素である。当研究グループにおいてはヘムオキシゲナーゼの反応機構を詳細に至るまで徹底的に解明するために、X線結晶構造解析を中心としたアプローチをとっている。当研究室では、バクテリア由来のヘムオキシゲナーゼである"HmuO"の酸化型ヘムとの複合体の結晶構造を解明することに成功しており、本年度はこの結果に基づいた研究を進めた。まず酸化型ヘム-HmuO複合体の結晶構造の分解能を高めることを行った。結晶化条件の精密化、100K程度の低温実験のための抗凍結剤入り緩衝液の条件検討、その緩衝液への結晶の浸漬方法の工夫、および回折実験条件の検討などにより、1.3Åまでの回折データを収集することができ、現在その構造解析を進めている。また還元型については、ヘム還元剤の導入法の工夫を行い、現在1.5Å分解能の立体構造を得ている。酸化型と還元型ではヘム近傍のαヘリックスに構造変化が起こっていることが明らかになった。さらに酸化型ヘムとの複合体にシアン化物イオン(CN-)やアジ化物イオン(N3-)を加え鉄3価シアン型、鉄3価アジド型ヘム-酵素複合体の結晶を調製した。また還元型ヘムとの複合体に一酸化炭素(CO)、一酸化窒素(NO)を配位させた、鉄2価CO型、鉄2価NO型ヘム-酵素複合体を調製した。次にこれらの各種配位子結合型ヘムと複合体を形成した酵素の構造解析を行った。酸化型ヘムに配位したN3-は、ヘムのα-meso位の方向に向いているのに対し、COは還元型ヘムの平面に対し、ほぼ垂直に配位していた。その他の配位子結合型ヘムとの複合体に関しては構造解析中である。

Research Products

• [Publications] Davydov, R., Ikeda-Saito, M., 他4名: "Catalytic mechanism of heme oxygenase through EPR and ENDOR of cryoreduced oxy-heme oxygenase and its Asp 140 mutants"J.Am.Chem.Soc.. 124. 1798-1808 (2002)
• [Publications] Li, Y., Ikeda-Saito, M., 他3名: "Cryogenic absorption spectra of hydroperoxo-ferric heme oxygenase, the active intermediate of enzymatic hemeoxygenation"J.Biol.Chem.. 532. 203-206 (2002)
• [Publications] Tomita, T., Ikeda-Saito, M., 他3名: "A comparative resonance Raman analysis of heme-binding PAS domains : heme iron coordination structures of the BjFixL, AxPDEA1, EcDos, and MtDos proteins"Biochemistry. 41. 4819-4826 (2002)
• [Publications] Gonzalez, G., Tomita, T., Ikeda-Saito, M., 他5名: "Nature of the displaceable heme-axial residue in the EcDos protein, a heme-based sensor from Escherichia coli"Biochemistry. 41. 8414-8421 (2002)
• [Publications] Watanabe, M., Matsui, T., 他3名: "Unusual cyanide bindings to a heme-regulated phosphodiesterase from Echerichia coli : effect of Met95 mutations"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 299. 169-172 (2002)
• [Publications] Sasakura, Y., Matsui, T., 他7名: "Characterization of a direct oxygen sensor heme protein from Echerichia coli. Effects of the heme redox states and mutations at the heme-binding site on catalysis and structure"J.Biol.Chem.. 277. 23821-23827 (2002)
• [Publications] 海野昌喜, 月原富武: "細胞工学2002年9月号"秀潤社. 160 (2002)