2013 Fiscal Year Annual Research Report
酵素反応中に見られる感応性化学種の振動分光法による捕捉と精密構造解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules |
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| Project/Area Number |
25109540
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
小倉 尚志 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (70183770)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ヘムタンパク質 / 酸素添加酵素 / インドールアミン / トリプトファン / 振動分光 / 紫外共鳴ラマン / 反応機構 / 分子状酸素 |
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| Research Abstract |
ヒトインドールアミン2, 3-ジオキシゲナーゼ（IDO）は、分子量約45 kDaのヘムタンパク質で、肝臓以外に存在する。トリプトファン（Trp）に分子状酸素由来の2個の酸素原子を添加してN-フォルミルキヌレニンを生成する反応を触媒するTrp代謝経路の鍵酵素である。
Trpの代謝産物と免疫や癌、白内障などとの関係が指摘されており、化学や分光学の研究者のみならず医学や薬理学の研究者からも注目されている。IDOの反応機構を解明するための第一歩は立体構造を決定することであるが、阻害剤である4-フェニルイミダゾール結合型の分解能2.3オングストロームの結晶構造が報告されており、ヘム近傍の立体構造は反応機構の研究に有益な情報を与えた。また、共鳴ラマン分光法により、Fe3+型やFe2+型、Fe2+-CO型等の静的状態に加えてFe3+-O2-型、Trp-Fe3+-O2-型およびFe4+=O2-型反応中間体のヘム配位構造が詳しく調べられた。本研究の目的はヘムの側鎖置換基やν（Fe-His）（鉄-ヒスチジン伸縮振動モード）をいくつかの状態について調べて、それをもとに反応機構について議論を深めることである。
本研究では酸化型IDOのヘムにいくつかの配位子を結合させたときの側鎖ビニル基やプロピオン酸基のコンフォメーション変化に由来するラマン線の変化が観測された。さらに、還元型IDOのν（Fe-His）は233 cm-1に観測されたが、このものにTrpが結合すると236 cm-1に3 cm-1だけ高波数シフトを示した。このことはTrpの結合により近位ヒスチジンからFeへの電子供与が増大することを意味する。IDOの反応サイクルにおいてはまずFe3+-O2-型が生成し、次にTrpが結合して三者複合体が生成する。以上のことから反応サイクル中でFe3+-O2-が生成したときに比べて、Trpが結合するとFeへの電子供与が増大してO-Oを切れやすくする、という反応性の微調整機構が存在することがわかった。
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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
平成２５年度の研究計画では、酸化型インドールアミン2, 3-ジオキシゲナーゼ（IDO）の4-フェニルイミダゾール、イミダゾール、CN-等の配位子が結合したヘムの共鳴ラマンスペクトルを測定すること、次に還元型IDOとそのTrp結合型を測定すること、としており計画通り測定した。その結果をもとに、配位子や基質であるTrpの結合に伴うヘム側鎖置換基のコンフォメーションおよびFe-His結合の変化を検出した。特に還元型IDOについてFe-His伸縮振動数を変化からTrp結合に伴いHisからFeへの電子供与が増大することがわかった。このことはTrpの結合によりヘムの反応性が微調整されることを意味する。以上のように新知見を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
IDOにおいてO2分子に由来する2個の酸素原子が1個ずつ基質に取り込まれる反応のしくみを明らかにするため、反応中間体における基質の構造に注目して研究する。励起波長を200～250 nmとして紫外共鳴ラマン分光法によりIDOに結合した基質の反応中間種の構造を選択的に調べる。寿命の短い反応中間種の構造を決定することは振動分光法によってのみ可能である。得られた結果をもとにFe3+-O2-ヘムやFe4+=Oが酸素添加反応を触媒するメカニズムを明らかにする。
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[Journal Article] Electronic control of discrimination between O2 and CO in myoglobin lacking the distal histidine residue2014
Author(s)
Ryu Nishimura, Tomokazu Shibata, Izumi Ishigami, Takashi Ogura, Hulin Tai, Satoshi Nagao, Takashi Matsuo, Shun Hirota, Osami Shoji, Yoshihito Watanabe, Kiyohiro Imai, Saburo Neya, Akihiro Suzuki, and Yasuhiko Yamamoto
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 53
Pages: 1091-1099
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Roles of carboxylate donors in O-O bond scission of peroxodi-iron(iii) to high-spin oxodi-iron(iv) with a new carboxylate-containing dinucleating ligand2014
Author(s)
Masahito Kodera, Tomokazu Tsuji, Tomohiro Yasunaga, Yuka Kawahara, Tomoya Hirano, Yutaka Hitomi, Takashi Nomura, Takashi Ogura, Yoshio Kobayashi, P. K. Sajith, Yoshihito Shiota, and Kazunari Yoshizawa
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 5
Pages: 2282
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Highly Reactive Nonheme Iron(III)-Iodosylarene Complexes in Alkane Hydroxylation and Sulfoxidation Reactions2014
Author(s)
S. Hong, B. Wang, M. S. Seo, Y. M. Lee, M. J. Kim, H. Kim, T. Ogura, R. Garcia-Serres, M. Clemancey, J. M. Latour, W. Nam
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Journal Title
Angew. Chem.
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Effective pumping proton collection facilitated by a copper site (CuB) of bovine heart cytochrome c oxidase, revealed by a newly developed time-resolved infrared system2013
Author(s)
Minoru Kubo, Satoru Nakashima, Satoru Yamaguchi, Takashi Ogura, Masao Mochizuki, Jiyoung Kang, Masaru Tateno, Kyoko Shinzawa-Itoh, Koji Kato, and Shinya Yoshikawa
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Journal Title
J. Biol. Chem.
Volume: 288
Pages: 30259-30269
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] High-resolution femtosecond crystallography at SACLA, a challenge of reducing the X-ray radiation damage on super molecular assemblies2013
Author(s)
Hideo Ago, Kunio Hirata, Go Ueno, Hironori Murakami, Takehiko Tosha, Tamao Hisano, Minoru Kubo, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Masaki Yamamoto, Eiki Yamashita, Jian-Ren Shen, Kyoko Shinzawa-Ito, Koji Kato, Miki Hatanaka, Shuhei Takemura, Naomine Yano, Takashi Ogura, Shinya Yoshikawa, and Tomitake Tsukihara
Organizer
11th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation (BSR)
Place of Presentation
Grand Elysee, Germany
Year and Date
20130908-20130911
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[Presentation] Real time observation of water-channel closure controlled by CuB in bovine cytochrome c oxidase using a novel high-sensitivity infrared system2013
Author(s)
Minoru Kubo, Satoru Nakashima, Satoru Yamaguchi, Takashi Ogura, Masao Mochizuki, Jiyoung Kang, Masaru Tateno, Kyoko Shinzawa-Itoh, Koji Kato, and Shinya Yoshikawa
Organizer
International Conference on BioInorganic Chemistry ICBIC-16
Place of Presentation
Grenoble, France
Year and Date
20130722-20130726
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[Presentation] Mechanism for ligand discrimination in myoglobin2013
Author(s)
Yasuhiko Yamamoto, Ryu Nishimura, Tomokazu Shibata, Hulin Tai, Izumi Ishigami, Takashi Ogura, Satoshi Nagao, Takashi Matsuo, Shun Hirota, Kiyohiro Imai, Saburo Neya, and Akihiro Suzuki
Organizer
International Conference on BioInorganic Chemistry ICBIC-16
Place of Presentation
Grenoble, France
Year and Date
20130722-20130726
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