2022 Fiscal Year Annual Research Report
鉄硫黄クラスター生合成マシナリーの反応過程における過渡的な中間状態の解明
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20H03204
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
高橋 康弘 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10154874)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤城 貴史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20740450)
和田 啓 宮崎大学, 医学部, 准教授 (80379304)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 鉄硫黄クラスター / 鉄硫黄タンパク質 / 生合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) IscUは、ISCマシナリーにおいてFe-Sクラスターの組み立てを担う中核成分である。われわれは2021年度、会合面に２つの [2Fe-2S] クラスターを集積した、対称的な二量体構造を明らかにしている。本年（2022年）度は、IscUのD40A/H106A二重変異型が、野生型とは異なる非対称な二量体を形成すること、また二量体を架橋する形で１つの [2Fe-2S] クラスターを持つことを明らかにした。これらの構造は、IscUにおけるFe-Sクラスターの配位構造や二量体の会合様式に、著しい柔軟性があることを示している。
2) シクロセリンは、結核の治療などに用いられる抗生物質であり、D-体とL-体の２つの異なる光学異性体が知られている。これら２つの異なるシクロセリン光学異性体が、鉄硫黄クラスター生合成系SUFマシナリーのPLP依存性システイン脱硫酵素SufSに対して、それぞれ異なる機構で阻害作用を示すことを明らかにした。この結果は、病原性微生物による感染症治療において、SufSを標的とする新たな創薬の可能性を示すものである。
3) 偏性嫌気性のバクテリアやアーキアの中には、sufBとsufCのみをコードしている（sufD, sufS, sufE, sufU, isc関連遺伝子を持たない）ものが見られる。その一つについて結晶構造を決定し、SufB2C2複合体を形成することを明らかにした。また、大腸菌のFe-Sクラスター生合成欠損株で発現させて異種間での相補能を検討したところ、嫌気かつNa2Sを添加した培養条件でのみ相補することを見出した。したがって、このSufB2C2複合体は、嫌気条件下で遊離のS2-（HS-）を硫黄源とする、Fe-Sクラスター生合成系のプロトタイプと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
IscUの二量体構造の柔軟性を解き明かしたこと、またSufB2C2複合体がFe-Sクラスター生合成系のプロトタイプとして機能することを見出したことで、作動機構に関する重要な示唆を得ることができた。研究計画は概ね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
IscUについては、Fe-Sクラスター近傍のアミノ酸に対して、さらに系統的な変異導入を試みる。[4Fe-4S] クラスターを安定に保持することのできる変異型が得られれば、EPRなどの分光学的な解析と結晶構造解析により、クラスター変換におけるメカニズムの詳細を立体構造に基づいて具体的に明らかにする。
SUFマシナリーについては、SufB2C2複合体にフォーカスして解析を進める。Fe-Sクラスター中間体を保持したホロ型が得られれば、分光学的解析ならびにX線結晶構造解析によって実体を明らかにする。
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