2021 Fiscal Year Annual Research Report
Emergence of novel functions through integration of bio-metal complexes with nucleic acids and its application to integrated bio-metal science
Publicly Offered Research
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
20H05496
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
山本 泰彦 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00191453)
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| Project Period (FY) |
2020-10-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 四重鎖DNA / ヘム / G-カルテット / 酸化触媒作用 / キラターゼ活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
私は、生物界に遍在する四重鎖核酸とヘムの相互作用の理解は、生命誕生、さらには生物進化を理解する上で、重要な鍵になると考えている。今年度は、四重鎖DNAが環状テトラピロール類への金属イオン挿入反応を促進する酵素キラターゼとして作用する可能性を検討する研究、そしてヘムと四重鎖DNAの複合体が示す触媒活性の発現機構を解明する研究を行った。
ヘムの生合成では、最終段階でポルフィリン環へのFe2+の挿入が起こる。この反応は遅いので、生体内では酵素が存在する。私は、プロトポルフィリンⅨ (PPIX)へのCu2+挿入反応に対する四重鎖DNAのキラターゼ活性を解析した。まず、NMRにより、PPIXは四重鎖DNAの3’末端G-カルテットに特異的に結合することを明らかにした。そして、PPIXに10当量の四重鎖DNAを添加すると、Cu2+挿入反応の初速度が約30倍増大することを明らかにし、四重鎖DNAのキラターゼ活性を実証することに成功した。PPIXとG-カルテットの接触界面において、G-カルテット中央の電子豊富なカルボニル酸素原子にCu2+が結合することで、その後のPPIXへの配位に必要な複数の反応が促進されたと考えられる。
ヘムは、四重鎖DNAの3’末端G-カルテットに特異的に結合し、酸化触媒活性をもつ複合体を形成する。これまでの研究から、複合体の酸化触媒活性の発現には、軸配位子としてヘム鉄に結合する水分子が重要な役割を担っていることが推測されている。私は、複合体の反応性の調節に重要だと考えられている当該水分子に由来する1H NMRシグナルの観測に成功した。さらに、当該水分子の電子的性質を明らかにすると共に、ヘム鉄を介した当該水分子とヘムの電子的相互作用の検出にも成功した。当該水分子の性質の解明を通して、G-カルテットに結合したヘムが示す触媒活性の発現機構の解明が飛躍的に進むことが期待される。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(26 results)
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[Presentation] Characterization of Myoglobins Where Exogenous Ligands Replace the Proximal Histidine2021
Author(s)
R. Murata, T. Sugita, T. Matsuo, S. Hirota, S. Yanagisawa, S. Neya, A. Suzuki, O. Shoji, Y. Watanabe, A. Momotake, and Y. Yamamoto
Organizer
Joint Conference of 22nd ISMAR, 9th APNMR, 60th NMRSJ(2021), and 60th SEST
Int'l Joint Research
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