人工電子伝達蛋白複合体の構築と分子間電子移動メカニズムの化学

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23750190
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 野尻 正樹 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (20333346)
• Keywords: 電子伝達タンパク質複合体 / X線結晶構造解析 / 電子移動反応 / 過渡的複合体 / 蛋白質電子移動

Research Abstract

一般的に、溶液中フリーの蛋白質分子同士の分子間電子伝達反応では、その電子移動反応が起こる際にそれら蛋白質同士で瞬間的（半減期：～μ秒）に準安定な複合体を形成し、その短いタイムスケール中に様々な電子移動メカニズムに関わる反応・変化がそれぞれの蛋白質内で起こることが知られている。しかしながら、その半減期の短さから複合体状態のままで詳細にそれらの反応を解析・追跡することが困難とされる。本研究では電子伝達パートナー分子同士を人工的に共有結合で結ぶことで安定な複合体を構築し、その複合体のX線結晶構造解析と電子移動反応速度論的解析を行う事で、これまで未知であった“蛋白質複合体形成時に起こる電子伝達反応メカニズム”について新しい知見を得る事を目的とした。
本年度は最終年度にもあたり、新たに新規な天然融合型電子伝達蛋白質の構造機能解析ならびに新規な過渡的電子伝達蛋白質複合体の構造解析を行い、さらにそれら結果と一昨年度から蓄積した研究結果を併せて検討し本研究の総括を行った。その結果、全体を通して、分子間電子伝達反応に関するいくつか重要な知見が得られたので、その概略について述べる。まず１つめに、人工的に分子同士を繋ぐ場合、不適切な設計で人工的に複合体を作成すると予期せぬ分子間相互作用および立体構造変化が見られ、それら結果を直接、本来の機構にフィードバックすることは不可能であった。すなわち、リンカーの長さならびにダイナミクスが相手分子の配向ならびに複合体立体構造に大きく影響を及ぼす事がわかった。また、３種類の天然融合型酵素の立体構造と機能について比較解析した結果、酸化還元に伴いダイナミックに分子間相互作用変化を起こすことで電子伝達反応を制御する新機構の存在を示唆させた。これらの新たな結果は、学術的に非常に有意義であり、これまでに学術論文として６報発表し、さらに２報、投稿準備中である。

Research Products

• [Journal Article] Structural and functional characterization of the Geobacillus copper nitrite reductase: Involvment of the unique N-terminal region in the interprotein electron transfer with its redox partner. (2014)
  • Author(s): Fukuda, Y., Koteishi, H., Yoneda, R., Tamada, T., Takami, H., Inoue, T., Nojiri, M.
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta Volume: 1837 Pages: 396-405
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.01.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural insights into the function of a thermostable copper-containing nitrite reductase (2014)
  • Author(s): Fukuda, Y., Tse, K.M., Lintuluoto, M., Fukunishi, Y., Mizohata, E., Matsumura, H., Takami, H., Nojiri, M., Inoue, T.
  • Journal Title: J. Biochem Volume: 155 Pages: 123-135
  • DOI: 10.1093/jb/mvt107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The structure of the cytochrome P450cam-putidaredoxin complex determined by paramagnetic NMR spectroscopy and crystallography. (2013)
  • Author(s): Hiruma, Y., Hass, M.A., Kikui, Y., Liu, W.M., Olmez, B., Skinner, S.P., Blok, A., Kloosterman, A., Koteishi, H., Lohr, F., Schwalbe, H., Nojiri, M., Ubbink, M.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: 425 Pages: 1127-1133
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2013.07.006
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Cytochrome P450camとPutidaredoxinの過渡的電子伝達複合体の結晶構造 (2013)
  • Author(s): 菊井雄基、Yoshitaka Hiruma、小手石泰康、Mathias A.S. Hass、Marcellus Ubbink、野尻正樹
  • Organizer: 平成２５年度日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 20131012-20131013
• [Presentation] 高度高熱菌由来の銅含有亜硝酸還元酵素の構造と機能 (2013)
  • Author(s): 米田涼平、石原加奈子、永田智大、福田庸太、小手石泰康、井上豪、野尻正樹
  • Organizer: 第８６回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜パシフィコ
  • Year and Date: 20130911-20130913
• [Presentation] 銅含有亜硝酸還元酵素のタイプ１銅部位の原子分解能構造解析と電子伝達活性 (2013)
  • Author(s): 野尻正樹、米田涼平、小手石泰康、福田庸太、平大輔、井上豪
  • Organizer: 第４０回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 20130607-20130608
• [Presentation] X-ray diffraction studies on the protein-protein interaction for interprotein electron transfer between copper nitrite reductase and its redox partner. (2013)
  • Author(s): Nojiri, M.
  • Organizer: ESF-EMBO Res. Conf., On Molecular Perspectives on Protein-Protein Interactions 2013
  • Place of Presentation: Pultusk, Poland
  • Year and Date: 20130527-20130530