実用化に向けた酸素添加酵素の分子設計

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19105004
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 渡辺 芳人 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (10201245)
• Keywords: P450 / 酸化反応 / 過酸化水素 / 水酸化反応 / エポキシ化反応

Research Abstract

高度好熱菌由来電子伝達タンパク質、シトクロムc_<552>の軸配位子の一つであるMet69をアラニンに置換してヘム鉄上に基質反応部位を設け、一般酸塩基触媒部位として、ヘム鉄の上方のVa149をアスパラギン酸に置換すると、20-70℃の温度範囲で機能する耐熱性ペルオキシダーゼとなることを明らかとしてきた。さらに、この変異体を基盤とする耐熱性ヘムオキシゲナーゼをシトクロムc_<552>に対する変異導入で作成することが可能であることを見出している。過酸化水素駆動型のシトクロムP450に関しては、シトクロムP450_<spα>の結晶構造解析に成功すると共に、デコイ分子としてイブプロフェンを内包するシトクロムP450_<spα>の結晶構造解析にも成功した。また、シトクロムP450_<BSβ>のヘム近傍のカルボキシル基が結合する位置付近に、ミューテンションによりグルタミン酸を導入すると、デコイ分子を加えなくとも非天然基質の酸化反応が進行することを見出した。さらに、同様の変異をシトクロムP450_<spα>に適用するとさらに高い活性を示す自己完結型の過酸化水素駆動型シトクロムP450を構築できることが明らかとなっている。カルボキシル基を有する基質に対する認識能をミオグロビンミュータントへ賦与するために、基質認識部位としてアルギニンをヘムの入り口付近に導入したアルギニンミュータントを作成した。このミュータントが、カルボキシル基を有する基質である(S)-ナプロキセンの芳香環水酸化反応に対して高い活性を示し、さらに基質のキラリティーを認識して、(S)-ナプロキセンを選択的に水酸化することを明らかとした。

Research Products

• [Journal Article] Design of H_2O_2-Dependent Oxidation Catalyzed by Hemoproteins (2011)
  • Author(s): O.Shoji, Y.Watanabe
  • Journal Title: Metallomics Volume: 3(印刷中,未定) Pages: 379-388
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-covalent modification of the active site of cytochrome P450 for inverting the stereoselectivity of monooxygenation (2011)
  • Author(s): T.Fujishiro, O.Shoji, Y.Watanabe
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. Volume: 52 Pages: 395-397
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Definite Coordination Arrangement of Organometallic Palladium Complexes Accumulated on the Designed Interior Surface of Apo-ferritin (2011)
  • Author(s): Z.Wang, Y.Takezawa, H.Aoyagi, S.Abe, T.Hikage, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 47 Pages: 170-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dual modification of a triple-stranded b-helix nanotube with Ru and Re metal complexes to promote photocatalytic reduction of CO2 (2011)
  • Author(s): N.Yokoi, Y.Miura, C.-Y.Huang, N.Takatani, H.Inaba, T.Koshiyama, S.Kanamaru, F.Arisaka, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 47 Pages: 2074-2076
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Incorporation of Organometallic Ru Complexes into Apo-Ferritin Cage (2011)
  • Author(s): Y.Takezawa, P.Bockmann, N.Sugi, Z.Wang, S.Abe, T.Murakami, T.Hikage, G.Erker, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Dalton.Trans. Volume: 40 Pages: 2190-2195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Understanding Substrate Misrecognition of Hydrogen Peroxide-Dependent Cytochrome P450 from Bacillus Subtilis (2010)
  • Author(s): O.Shoji, T.Fujishiro, S.Nagano, S.Tanaka, T.Hirose, Y.Shiro, Y.Watanabe
  • Journal Title: J.Biol.Inorg.Chem. Volume: 15 Pages: 1331-1339
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aromatic C-H bond hydroxylation by P450 peroxygenases : A facile colorimetric assay for monooxygenation activities of enzymes based on the Russig's Blue formation (2010)
  • Author(s): O.Shoji, C.Wiese, T.Fujishiro, C.Shirataki, B.W nsch, Y.Watanabe
  • Journal Title: J.Biol.lnorg.Chem. Volume: 15 Pages: 1109-1115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of Robust Bio-nanotube by Controlled Self-assembly of Component Proteins of Bacteriophege T4 (2010)
  • Author(s): N.Yokoi, H.Inaba, M.Terauchi, A.Z.Stieg, N.J.M.Sanghamitra, T.Koshiyama, K.Yutani, S.Kanamaru, F.Arisaka, T.Hikage, A.Suzuki, T.Yamane, J.K.Gimzewski, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Small Volume: 6 Pages: 1873-1879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of Accumulation and Incorporation of Organometallic Pd Complexes into the Protein Nanocage of apo-Ferritin (2010)
  • Author(s): S.Abe, T.Hikage, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Inorg.Chem. Volume: 49 Pages: 6967-6973
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Use of Perfluoro Carboxylic Acids to Trick Cytochrome P450BM3 into Initiating Hydroxylation of Gaseous Alkanes
  • Author(s): N.Kawakami, O.Shoji, Y.Watanabe
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. Volume: (印刷中,未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Design of Heme Proteins for Future Application
  • Author(s): H.Nakajima, O.Shoji, Y.Watanabe
  • Journal Title: Catalysis Surveys from Asia
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 金属酵素機能創成:三つのアプローチ (2011)
  • Author(s): 渡辺芳人
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会(2011)
  • Place of Presentation: 日本化学会第91春季年会(2011)講演予稿集
  • Year and Date: 2011-03-11
• [Presentation] Coordination Chemistry in Protein Cages (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe
  • Organizer: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
  • Place of Presentation: ハワイコンベンションセンター(Honolulu, Hawaii, USA)
  • Year and Date: 20101215-20101220
• [Presentation] Hydrogen Peroxide-Dependent Cytochrome P450 (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe
  • Organizer: The 5th Asian Bioinorganic Chemistry Conference (AsBIC-V)
  • Place of Presentation: The Ambassador Hotel (Kaohsiung, Taiwan)
  • Year and Date: 20101101-20101105
• [Presentation] Design of Organometalloenzymes (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe
  • Organizer: 3rd EuCheMS Chemistry Congress Ntimberg 2010
  • Place of Presentation: NUrnberg Messe GmbH (Nurnberg, Germany)
  • Year and Date: 20100829-20100902
• [Presentation] Molecular design of catalytic reactions in proteins (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe
  • Organizer: The Sixth Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT6) and The Fifth Asia Pacific Congress on Catalysis (APCAT5)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
  • Year and Date: 20100718-20101023
• [Presentation] Construction of Organometalloenzymes (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe
  • Organizer: The 5th International Symposium on Bioorganometallic Chemistry (ISBOMC'10)
  • Place of Presentation: Ruhr-Universitat Bochum (Bochum, Germany)
  • Year and Date: 20100705-20100709
• [Presentation] Coordination Chemistry in Protein Cages (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe
  • Organizer: 10th European Biological Inorganic Chemistry Conference (Eurobic 10)
  • Place of Presentation: Aristotle University of Thessaloniki (Thessaloniki, Greece)
  • Year and Date: 20100622-20100626
• [Presentation] 蛋白ケージの中の化学:金属酵素の設計 (2010)
  • Author(s): 渡辺芳人
  • Organizer: 第37回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 山口大学吉田キャンパス(山口県山口市)
  • Year and Date: 20100618-20100619
• [Presentation] 蛋白質空間を利用する金属触媒反応の開発 (2010)
  • Author(s): 渡辺芳人
  • Organizer: 神奈川大学シンポジウム-生命現象に学ぶ機能物質の創製-
  • Place of Presentation: 神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2010-10-02
• [Remarks]
  • URL: http://bioinorg.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 不活性炭化水素の水酸化方法およびダミー分子 (2010)
  • Inventor(s): 渡辺芳人、荘司長三、川上了史
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学
  • Industrial Property Number: 特許、特願2010-164828
  • Filing Date: 2010-07-22