Anaerobic heme degradation by pathogenic bacteria

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05708
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: Ozaki Shin-ichi 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40280581)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 樋口 恒彦 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 教授 (50173159) ; 木股 洋子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (60255429) ; 永野 真吾 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60286440)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ヘム

Outline of Final Research Achievements

Some Gram-negative bacteria including Eikenella corrodens, a facultative anaerobic bacterium that causes periodontal disease, import heme into the cytoplasm and utilize it as an iron source for their survival. Under aerobic condition, heme is degraded by canonical hemeoxygenase (HO); however, the enzyme which is responsible for heme degradation under anaerobic condition remains to be identified. We revealed that the anaerobic porphyrin ring-opening reaction is catalyzed by HmuW, an iron-sulfur cluster containing enzyme, in the presence of S-adenosylmethionine (SAM) and NADPH.

Free Research Field

生物無機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

E. corrodensのHmuWによる嫌気的なヘムの開環分解は、①ヘムのmeso炭素原子へのSAM由来メチル基の付加　②ヘムのαピロール炭素原子上でのラジカル生成　が引金になる。これは、E. corrodensが好気下でヘムオキシゲナーゼ (HO) が ①ヘムのmeso炭素原子への酸素分子由来の酸素原子の付加　②ヘムのαピロール炭素原子上でのラジカル生成　を経てヘムを開環分解するのと類似しておりポルフィリンの開環反応における普遍的な経路が示唆された。中間体であるラジカルをトラップする化合物は本酵素の阻害剤として、また、E. corrodensの生育抑制剤として機能することが期待できる。