2019 Fiscal Year Annual Research Report
Structure and function of transition metal ions-containing sensor proteins
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17H03093
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
青野 重利 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (60183729)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | センサータンパク質 / 光センサータンパク質 / 水素センサータンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Thermus thermophilusに含まれるCarHは、カロテノイド色素合成酵素の発現を光依存的に制御している転写調節因子であり、ビタミンB12（アデノシルコバラミン）を光受容体として利用している新規な光センサータンパク質である。前年度までに実施したゲルろ過カラムによる解析の結果、暗所で調製したアデノシルコバラミン結合型CarH（AdoCbl-CarH）は、四量体構造を有しているが、可視光を照射後のサンプルは二量体から単量体へと解離することが判明している。これまでの研究で、四量体を形成したAdoCbl結合型CarH（AdoCbl-CarH）の結晶構造解析にも成功している。本年度の研究においては、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）による高次構造変化の直接観測を試みた。その結果、光照射前のサンプルは結晶構造と同様に四量体を形成しており、ここに可視光を照射することにより二量体へと解離する過程の直接観測に成功した。
本年度は、新規なセンサータンパク質として、Fe-Ni二核金属錯体をセンサー活性部位とする水素センサータンパク質Regulatory Hydrogenase (RH)の生合成反応機構の解明に関する研究にも取り組んだ。RH中で水素センサーモジュールとして機能するFe-Ni二核金属錯体の配位子として機能するCO生合成を触媒する酵素HypXの結晶構造解析に成功した。HypXはCoA分子を分子中に結合しており、ホルミルテトラヒドロ葉酸からCoAへのホルミル基転移反応により、CO前駆体としてホルミルCoAが生成し、ホルミルCoAの脱ホルミル化反応によりCOが生合成されるという反応機構を提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新規な光センサータンパク質CarHの結晶化実験においては、広範な結晶化条件の検討を行い、結晶構造解析に適した単結晶を得ることに成功し、活性型CarH（四量体構造を有している）の構造決定にも成功した。また、高速AFMにより光センシングにともなってCarHの高次構造変化が起こることを直接観測することにも成功している。
また、水素センサータンパク質の水素センサーモジュールの生合成に関与するHypXの結晶構造解析にも成功しており、これまで不明であったCO生合成反応の反応機構を明らかにできたことは特筆に値する成果であると言える。これらの成果を総合すると、本研究は順調に進捗しているものと判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により得られたCarHの結晶構造解析の結果を基に、CarH四量体のサブユニット界面において高次構造変化の制御に関与していると推定されるアミノ酸残基に系統的なアミノ酸置換を導入し、得られた変異体の光応答性を、光照射前後のサンプルを用いたゲルろ過分析および高速AFMにより解析し、CarHの光応答性高次構造変化の反応分子機構を明らかにする。
また、水素センサータンパク質中でセンサーモジュールとして機能するFe-Ni二核金属錯体の生合成反応、ならびに水素センサータンパク質中へのFe-Ni二核金属錯体組み込み反応に関与する一連のアクセサリータンパク質、ならびに反応過程で形成されると推定されるアクセサリータンパク質複合体の結晶構造解析を行い、水素センサータンパク質生合成反応の分子機構解明を行う。
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