2020 Fiscal Year Annual Research Report

Strucutral analysis of the membrane proteins involved in metal transport

Research Project

Project/Area Number	18H02396
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	杉本宏国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (90344043)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	澤井仁美兵庫県立大学, 生命理学研究科, 助教 (50584851)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	ヘム
Outline of Annual Research Achievements	鉄イオンは体内に過剰に存在すると臓器に蓄積されて活性酸素の産生源となり細胞に障害を与え、臓器不全などの症状を引き起こす。食餌に含まれる非ヘム鉄は小腸で吸収されているため、腸管の上皮細胞では膜内在型の鉄還元酵素Dcytbと、細胞内への鉄輸送を担うトランスポーターが管腔側の細胞膜に発現しており、これら２つのタンパク質は鉄分の取り込みに深く関わっている。この鉄イオンのトランスポーターは2価の金属イオンを基質として認識するが、鉄イオンは空気中の酸素によって容易に酸化されるため多くが酸化型であることから、６回膜貫通型のヘム酵素であるDcytbが鉄を還元するために存在している。このように、ヒトの鉄の輸送と酸化還元制御を担うこれらの膜タンパク質が鉄獲得において協働的に働いていると考えられる。その分子メカニズムの解明を目的として、本年度はヒトDcytbのX線構造解析の結果より示唆されている金属イオンの結合部位や、予測した電子伝達の経路などの分子メカニズムの検証を行った。鉄イオンとそのキレーター存在下で脂質キュービック法を用いて得られた微小サイズの結晶からX線回折データを収集して構造解析を行った。また、ヒト培養細胞に発現させたDcytbの機能を評価するための実験系の確立を行った。小腸の柔毛の表面には粘膜上皮細胞が極性をもって一層に並んでおり、Dcytbはそれらの細胞の腸管腔側に面した細胞膜に局在している。このような状態を再現するために、実験ではプラスチックプレートのウェル内にセットした培養カップの底に腸管のモデル細胞を敷き詰める方法を用いた。この細胞に野生型あるいは変異型のDcytb遺伝子を導入し、細胞内の2価鉄イオンの定量を行った。これらの結果より、Dcytbの分子表面にある特定の残基の還元反応における重要性を明らかにした。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。