2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the intracellular molecular mechanisms of iron trafficking in intestinal epithelial cells
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21K05281
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
澤井 仁美 兵庫県立大学, 理学研究科, 助教 (50584851)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 細胞内鉄動態 / 鉄シャペロン / 鉄代謝 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内の「鉄」は、呼吸により取り込まれた酸素の運搬貯蔵・エネルギー生産・遺伝子などの重要物質の合成・毒素の分解などに関与するため、必須の微量金属元素である。しかし、過剰に蓄積された鉄は活性酸素の発生源となるため、生体内の鉄濃度は厳密に制御されている。ヒトなどのほ乳類には、制御可能な鉄の排出経路がないため、鉄の吸収調節が生体内鉄濃度の維持に最も重要なステップとなる。通常、ヒトは十二指腸（小腸上部）の柔毛を形成する粘膜上皮細胞で鉄を吸収することが唯一の鉄獲得手段となっている。この細胞に取り込まれた鉄イオンは、鉄シャペロンPCBPに結合し、鉄貯蔵タンパク質フェリチンへと運ばれるか、毛細血管側に放出されて血清タンパク質に結合し血流にのって全身を巡る。このようにして、様々なタンパク質を仲介することにより反応性の高い二価鉄イオンが細胞内を安全に輸送される。これらのタンパク質の機能不全により鉄代謝のバランスが崩れると、鉄欠乏あるいは鉄過剰となり生命維持に危険をもたらすことが知られている。しかし、腸管上皮細胞内に取り込まれた鉄イオンが安全かつ効率よく輸送されるメカニズムは分子論的な理解が進んでおらず不明な点が多い。
本研究では、鉄シャペロンPCBPを中心に構造機能相関解析を進めている。PCBPは細胞質に豊富に存在するタンパク質で、当初はRNA結合タンパク質として同定されていた。近年、PCBPが細胞質中で鉄イオンを安全に輸送するための「鉄シャペロン」として機能していることが明らかになっているが、そのメカニズムは未解明であった。本年度は、ヒト由来PCBPの組換えタンパク質の調製方法の確立ならびに鉄イオンの結合特性の検討を目標とし、それらを達成することができた。今後、細胞内の鉄輸送や鉄貯蔵に関わるタンパク質との相互作用解析により、タンパク質間での鉄イオンの授受機構の解明が期待できる。
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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
初年度はヒト由来PCBPの組換えタンパク質の調製方法の確立ならびに鉄イオンの結合特性の検討を目標としたが、それらを達成することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は鉄結合型PCBPの立体構造解析により、鉄イオンの結合様式ならびに鉄イオンの結合に伴う立体構造変化を解明する。また、PCBPがDMT1から鉄イオンを受け取る分子機序やフェリチンに鉄イオンを供給するメカニズムをタンパク質間相互作用解析により明らかにする。また、明らかにした構造情報をもとに、ヒト腸管モデル細胞にPCBPの部位特異的変異体を発現させ、鉄イオンの吸収機能がどのように変化するかを評価する。これらの研究結果を統合することにより、ヒトの腸管上皮細胞に取り込まれた鉄イオンの細胞内輸送メカニズムを分子と細胞の双方向から解析する。
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[Journal Article] XFEL Crystal Structures of Peroxidase Compound II2021
Author(s)
Kwon H., Basran J., Pathak C., Hussain M., Freeman S. L., Fielding A. J., Bailey A. J., Stefanou N., Sparkes H. A., Tosha T., Yamashita K., Hirata K., Murakami H., Ueno G., Ago H., Tono K., Yamamoto M., Sawai H., Shiro Y., Sugimoto H., Raven E. L., Moody P. C. E.
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 60
Pages: 14578～14585
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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