Structural study of carbon monoxide transport during NiFe-hydrogenase maturation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06517
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Keio University (2022); Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2020-2021)
• Principal Investigator: Muraki Norifumi 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (20723828)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 複合体構造解析 / ヒドロゲナーゼ / 構造多形 / 金属酵素の成熟化

Outline of Final Research Achievements

HypX synthesizes carbon monoxide in the metal cluster of NiFe-hydrogenase in certain aerobic bacteria. The carbon monoxide generated by HypX is transported by the scaffold protein complex HypC-HypD. I determined the crystal structures of HypC and HypD from aerobic bacteria, respectively. During the crystal structure analysis of HypD, the multiple structure polymorphs were observed within the similar crystal data. Furthermore, I confirmed the formation of a complex consisting of HypC, HypD, and HypX in a 1:1:1 ratio. Based on the results of X-ray small-angle scattering and cross-linking mass analysis, I predicted the structure of the HypC-HypD-HypX complex. However, my estimated model is insufficient accuracy to estimate the carbon monoxide transport pathway within the HypC-HypD-HypX complex.

Free Research Field

構造生物化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一酸化炭素は高い生体毒性をもつことで知られており、バクテリアにおいても金属酵素の反応阻害が報告されている。そのため、ヒドロゲナーゼの活性中心の生合成過程では、合成した一酸化炭素を漏らさずに効率的に輸送する仕組みが存在するはずである。本研究はその仕組みに着目している。2019年に我々が世界に先駆けて結晶構造を報告した一酸化炭素生合成酵素HypXに加えて、本研究期間においてHypC, HypDの単体の構造と複合体の予測モデルが得られた。クライオ電子顕微鏡によるHypCDX複合体の単粒子構造解析も進めており、ヒドロゲナーゼ成熟化機構の解明に向けて、今後の展開が期待される。