時間分割共鳴ラマン分光法による二原子酸素添加酵素の構造ダイナミクス

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20050033
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 城 宜嗣 The Institute of Physical and Chemical Research, 城生体金属科学研究室, 主任研究員 (70183051)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 宏 独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 研究員 (90344043)
• Keywords: 酸素添加酵素 / ヘム酵素 / 酸素分子 / トリプトファン代謝 / キヌレニン経路

Research Abstract

必須アミノ酸であるトリプトファンは、哺乳動物においては、2種の二原子酸素添加酵素(IDO:Indoleamine 2,3-dioxygenase、TDO: Tryptophan 2,3-dioxygenase)によって代謝される。これらの酵素は、鉄を活性中心に有しており、TDOは肝臓に、IDOは肝臓を除くすべての臓器に存在している。その化学反応の特異性と、生理的な重要さから非常に注目される酵素である。本年度は、共鳴ラマン分光法を用いて、IDOの鉄に酸素分子が結合した状態の鉄-酸素伸縮振動を567cm^-1に観測する事に成功した。二原子酸素添加酵素の酸素結合型は、基質と反応できる活性種であり、単寿命(半減期=数秒)であることから、今まで観測に成功していなかった。また、活性中心近傍の柔軟なループ構造に着目し、そのループを構成する残基(Ala260、Gly261、Gly262、Ser263、Ala264)の変異体を調製し、それらの酵素反応、特に基質結合を詳細に解析した。その結果、Gly261とSer263が基質を酵素反応に適した正しい位置に固定する上で重要な役割を果たしていることを明らかにした。酸素化型の分光測定の結果と合わせて、鉄一酸素一基質の相対的な配置がIDOの酵素反応特異性を決定していることが強く示唆された。一方、TDOへの基質(トリプトファン)の滴定に伴う共鳴ラマンスペクトルの変化を詳細に解析し、基質結合に伴うタンパク構造変化を明らかにした。さらに、TDOはホモ四量体であり、基質結合には協同性が存在する事を発見した。

Research Products

• [Journal Article] Cooperative Binding of L-Trp to Human Tryptopahn 2, 3-Dioxygenase : Resonanace Raman Spectroscopic Analysis (2009)
  • Author(s): E.Fukumura, H.Sugimoto, Y.Misumi, T.Ogura.Y.Shiro
  • Journal Title: J.Biochem. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sturucture-based Design of a Highly Active Vitamin D Hydroxylase from Streptomyces griseolus CYP105A1 (2008)
  • Author(s): K.Hayashi, H.Sugimoto, R.Shinkyo, M.Yamada, S.Ikeda, S.Ikushiro, M.Kamakura, Y.Shiro, T.sasaki
  • Journal Title: Biochemistry 47 Pages: 11964-11972
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Biological Activity of 1-methyl-tryptophan-tirapazamine Hybrids hypoxia-targeting Indoleamine 2, 3-dioxygenase inhibitors (2008)
  • Author(s): H.Nakashima, Y.Uto, E.Nakata, H.Nagasawa, K.Ikkyu, N.Hiraoka, K.Nakashima, Y.Sasaki, H.Sugimoto, Y.Shiro, T.hashimoto, Y.Okamoto, Y.Asakawa, H.Hori :
  • Journal Title: Bioorg.Med.Chem. 16 Pages: 8661-8669
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density Functional Theory Study on a MIssing Piece in Understanding of Heme Chemistry : The Reaction Mechanism Fro Indoleamine 2, 3-dioxygenase and Typtophan 2, 3-dioxygenase (2008)
  • Author(s): L.W.Chung, X.Li, H.Sugimoto, Y.Shiro, K.Morokuma
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 130 Pages: 12299-12309
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation of phosphoprotein isotypes having the same number of phosphate groups using phosphate-affinity SDS-PAGE (2008)
  • Author(s): E.Kinoshita, E.Kinoshita-Kikuta, M.Matsubara, S.Yamada, H.Nakamura, Y.Shiro, Y.Aoki, K.Okita, T.Koike
  • Journal Title: Proteomics 8 Pages: 2994-3003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of CYP105A1(P450SU-1) in Complex with 1a, 25-dihydroxyvitamin D_3 (2008)
  • Author(s): H.Sugimoto, R.Shinkyo, K.Hayashi, S.Yoneda, M.Yamada, M.Kamakura, S, Ikushiro, Y.Shiro, T.Sakaki
  • Journal Title: Biochemistry 47 Pages: 4017-4027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purification and Functional Characterization of Human 11b Hydroxylace Expressed in E.coli (2008)
  • Author(s): A.Zoellner, N.Kagawa, M.R.Waterman, Y.Nonaka, K.Takio, Y.Shiro, F.Hannemann, R.Bernhardt
  • Journal Title: FEBS J. 275 Pages: 799-810
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of VioE, a Key Player in the Construction of the Molecular Skelton of Violacein (2008)
  • Author(s): S.Hirano, S.Asamizu, H.Onaka, Y.Shiro, S.Nagano
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 283 Pages: 6459-6466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Design of Heteroprotein Assmblies Providing a Bionanocup as a Chemical Reactor (2008)
  • Author(s): T.Koshiyama, N.Yokoi, T.Ueno, S.Kanamaru, S.Nagano, Y.Shiro, F.Arisaka, Y.Watanabe
  • Journal Title: Small 4 Pages: 50-54
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 二成分情報伝達系複合体の結晶構造解析 (2008)
  • Author(s): 城 宜嗣
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会(BMB2008)
  • Place of Presentation: 神戸, 日本
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] インドロカルバゾール系天然物の骨格構造を構築する酵素の構造と機能 (2008)
  • Author(s): 浅野 真吾, 牧野 正知, 平野 聡, 浅水 俊平, 尾仲 宏康, 城 宜嗣,
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会(BMB2008)
  • Place of Presentation: 神戸, 日本
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] Separetion of phosphoprotein isotypes with the same pohsphate stoichiometry phosphate-affinity SDS-PAGE (2008)
  • Author(s): 木下 英司, 木下 恵美子, 松原 守, 山田 斉爾, 中村 寛夫, 城 宜嗣, 青木 悠里, 沖田 鋼季
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会(BMB2008)
  • Place of Presentation: 神戸, 日本
  • Year and Date: 20081209-12
• [Presentation] 膜貫通型一酸化窒素還元酵素の結晶構造 (2008)
  • Author(s): 松本 悠史, 杉本 宏, 日野 智也, 永野 真吾, 城 宜嗣
  • Organizer: 第46回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡, 日本
  • Year and Date: 20081203-05
• [Presentation] 共鳴ラマン分光法によるトリプトファン2, 3-ジオキシゲナーゼの反応機構解析 (2008)
  • Author(s): 福村 栄維子, 三角 裕子, 杉本 宏, 永野 真吾, 瀧尾 擴士, 井柳 堯, 小倉 尚志, 城 宜嗣,
  • Organizer: 第46回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡, 日本
  • Year and Date: 20081203-05
• [Presentation] シトクロムP450 105A1 の結晶構造とビタミンD_3活性化反応の分子メカニズム (2008)
  • Author(s): 杉本 宏, 新京 楽, 林 恵子, 米田 幸世, 山田 雅人, 鎌倉 昌樹, 生城 真一, 城 宜嗣, 榊 利之,
  • Organizer: 第58回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 金沢, 日本
  • Year and Date: 20080920-22
• [Presentation] インドロカルパゾール系生理活性物質の分子骨格を構築するシトクロムP450 StaP の構造と反応メカニズム (2008)
  • Author(s): 永野 真吾, 尾仲 宏康, 浅水 俊平, 牧野 正知, 城 宜嗣,
  • Organizer: 第58回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 金沢, 日本
  • Year and Date: 20080920-22
• [Presentation] Crystal structure and mechanism of cytochrome P450 StaP That constructs the indolocarbazole core (2008)
  • Author(s): Nagano S., Makino M., Asamizu S., Onaka H., Sason S., and Shiro Y.
  • Organizer: 21th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography(IUCr2008)
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 20080823-31
• [Presentation] Crystal structure of cytochrome P450 105Al in complex with 1α, 2-dihydroxyvitamin D_3 (2008)
  • Author(s): Sugimoto H., Shinkyo R., Hayashi K., Yoneda S., Yamada M., Kamakura M., Ikushiro S., Shiro Y., and Sakaki T.
  • Organizer: 21th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography(IUCr2008)
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 20080823-31
• [Presentation] 呼吸酵素の分子進化 : 一酸化窒素から酸素へ (2008)
  • Author(s): 城 宜嗣
  • Organizer: 分子研研究会「配位子場制御に基づく機能性錯体の創成と応用〜成体から触媒およびデバイスまで〜」
  • Place of Presentation: 岡崎, 日本
  • Year and Date: 20080718-19
• [Presentation] Fungal and bacterial nitric oxide reductases : their structures and reaction mechanisms (2008)
  • Author(s): Shiro Y., Nagano S., and Matsumoto Y
  • Organizer: 5th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines(ICPP-5)
  • Place of Presentation: Moscow, Russia
  • Year and Date: 20080709-11
• [Presentation] 呼吸酵素の分子進化 : 一酸化窒素から酸素へ (2008)
  • Author(s): 松本 悠史, 永野 真吾, 城 宜嗣
  • Organizer: 第8回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 船堀, 日本
  • Year and Date: 20080610-12
• [Presentation] Structure of cytochrome P450 105A1 in complex with 1α, 25-dihydroxyvitamin D_3 (2008)
  • Author(s): Sugimoto H., Shinkyo R., Hayashi K., Yoneda S., Yamasa M., Kamakura M., Ikushiro S., Shiro Y., and Sakaki T.
  • Organizer: 9th International Symposium on Cytochrome P450 Biodiversity and Biotechnology
  • Place of Presentation: Nice France
  • Year and Date: 20080608-12
• [Presentation] Fungal and bacterial nitric oxide reductases : Their structures and reaction mechanisms (2008)
  • Author(s): Matsumoto Y., Nagano S., and Shiro Y.
  • Organizer: The 4th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2008-11-11
• [Book] Bcaterial Signal Transduction : Networks and Drug Targets (2008)
  • Author(s): S.Yamada, Y.Shiro
  • Total Pages: 242
  • Publisher: Springer Science, Landes Bioscience