2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the construction mechanism of porphyrin ring essential for organisms: Formation and cyclization of tetrapyrrole
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18K05326
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| Research Institution | Kurume University |
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Principal Investigator |
佐藤 秀明 久留米大学, 医学部, 准教授 (60271996)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉島 正一 久留米大学, 医学部, 准教授 (30379292)
塚口 舞 (古澤舞) 久留米大学, 医学部, 助教 (40624094)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ヘム生合成 / ポルフィリン生合成 / Ｘ線結晶構造解析 / 酵素反応機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物において必須なヘム生合成経路は8つの酵素反応で構成される。経路前半におけるポルフィリン環の構築について理解を深めるため，第3段階で働くヒドロキシメチルビランシンターゼ（HMBS）の反応機構について構造生物学的手法により検討した。HMBSは活性部位のジピロメタン補因子に4分子のポルホビリノーゲンを順次縮合して，ヒドロキシメチルビラン（HMB）を合成する。これまでに我々は，HMBSに基質を加えてカラムクロマトグラフィーで精製すると，ホロ型および補因子に1~4分子の基質を連結した反応中間体（ES1~ES4）を単離できることを示してきた。そのうちのホロ型とES2，またそれらと基質誘導体との複合体について結晶構造解析に成功した。
今年度はES1とES3の構造解析に取り組んだ。ES1については，予備的な結果として補因子＋基質1分子に相当する電子密度を観測しており，今後より詳細に解析する。ES3については，これまでのところES2相当の構造が観察されている。少なくとも結晶化前の質量分析ではES3の存在が確認できたことから，結晶化過程で末端ピロールが解離したとみられ，調製方法の改良を試みている。また，尿素や塩酸を用いて補因子を除いたアポ型の調製にも取り組んだが，結晶化に必要な量は得られていない。
これまでに得られたホロ型とES2，またそれらと基質誘導体との複合体の立体構造から，次のようなHMBS反応の分子機構が考えられる。まず基質が補因子近傍に結合し，補因子と基質のピロール環が架橋されて，ピロール鎖がピロール１個分だけ活性部位の奥側にずれる。次に別の基質分子がピロール鎖末端の近傍に結合し，架橋以降の過程を繰り返してヘキサピロール鎖まで伸長する。最後にこれの加水分解でHMBが解離する。特に，ピロール鎖の構築は単一の活性部位での縮合反応の繰り返しによって進行するものと推察された。
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