2019 Fiscal Year Annual Research Report
Identification of reaction intermediates in iron-sulfur cluster biogenesis for understanding its reaction mechanism
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17K14510
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
藤城 貴史 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20740450)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 鉄硫黄クラスター / 生合成 / 反応中間体 / X線結晶構造解析 / PLP / Chelatase / 枯草菌 / 構造ゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄硫黄クラスターは、鉄と無機硫黄から構成される無機補因子であり、NIF、ISC、SUFの３種の生合成系によって生合成される。生合成系で無機硫黄の供給を担うのは「システイン脱硫酵素」であり、NIF、ISC、SUF生合成系では、それぞれNifS、IscS、SufSとして知られる。また詳細な分子系統解析から、NifSとIscSはType I、SufSはType IIとして、さらに分類される。Type IとType IIでは、触媒ループの構造の違いが知られ、この違いが触媒反応機構にどのような違いをもたらすかについて、反応中間体の構造解析により調べた。その結果、どちらも共通の反応中間体「PLP-L-システイン付加体」を利用すること、また、中間体生成後の触媒ループの構造変化の仕方が異なることが示された。
さらにSufSの場合には、生成した無機硫黄を、硫黄運搬を行うパートナータンパク質へと渡すことが知られている。SUFマシナリーでは、SufSからSufEへと硫黄運搬を行うが、近年見つかったSUFとISCのキメラ型SUF-likeマシナリー（例：枯草菌）では、SufEの代わりにSufUが存在することが知られていた。SufUはZnタンパク質であり、ISCのIscUと構造相同性を示したこともあり、当初はFe-Sクラスター生合成酵素として考えられていたが、その後の研究で、SufEと同じく硫黄運搬タンパク質であることが提唱された。SufUによる硫黄運搬の詳細なメカニズムを調べるため、SufS-SufU複合体とその反応中間体の構造解析を行った結果、SufS-SufUでは、SufUのZn部位の構造変化を鍵として、硫黄をSufSからSufUへと受けわたすユニークな機構を取ることが明らかとなった。また枯草菌SUF-likeマシナリーの研究途中で、枯草菌ゲノムから構造未知のsirB遺伝子を見出し、そのin vitro解析を行った結果、Fe-Sクラスターを持たないタイプのSiroheme生合成系のChelataseであることがわかった。
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