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

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 25109540
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (70183770)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 感応性化学種 / 酸素添加反応 / インドールアミン / 共鳴ラマン / 振動スペクトル / 反応機構

Outline of Annual Research Achievements

インドールアミン２，３-ジオキシゲナーゼ（以下、IDOと記す）は、ヒトでは肝臓以外に分布するヘムタンパク質であり、トリプトファンに分子状酸素由来の酸素原子２個を添加してN-フォルミルキヌレニンを生成する。この反応はヒトにおけるトリプトファンの主要代謝経路の最初の反応である。
Fe-O2型およびFe=O型反応中間体が検出されており、O原子は１個ずつ２回トリプトファンに添加されると考えられているが、反応の詳細は不明である。本研究では、IDOに基質として結合したトリプトファンの電子状態やコンフォマーを詳しく調べることにより、反応メカニズムの理解を深めることが目的である。この目的のため、IDOに深紫外共鳴ラマン分光法を適用した。本法では、ラマン散乱を励起するレーザー光の波長として220～250 nmを用いることにより、芳香族アミノ酸であるトリプトファンの振動スペクトルを選択的に検出可能である。基質として結合したトリプトファンと溶液中のトリプトファンおよびIDO中のトリプトファンを区別するため、同位体標識トリプトファンを添加したときのスペクトルも測定し、解析した。その結果、IDOに基質として結合した１個のトリプトファンの振動スペクトルを抽出することに成功した。
上述の測定を１．フリーのトリプトファン、２．基質ありIDOおよび３．シアン結合型基質ありIDOの３つの分子種について行った。３はIDO－O2－基質三者複合体のモデルである。
スペクトルの解析結果からトリプトファンのχ2, 1二面角は１、２、３の分子種についてそれぞれ+98°、－40°、－34°と見積もられた。三者複合体モデルにおける基質トリプトファンの特異なコンフォマーが酸素添加反応に重要であることが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Higd1a is a positive regulator of cytochrome c oxidase (2015)
  • Author(s): T. Hayashi, Y. Asano, Y. Shintani, H. Aoyama, H. Kioka, O. Tsukamoto, M. Hikita, K. Shinzawa-Itoh, K. Takafuji, S. Higo, H. Kato, S. Yamazaki, K. Matsuoka, A. Nakano, H. Asanuma, M. Asakura, T. Minamino, Y. Goto, T. Ogura, M. Kitakaze, I. Komuro, Y. Sakata, T. Tsukihara, S. Yoshikawa, S. Takashima
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 112 Pages: 1553-1558
  • DOI: 10.1073/pnas.1419767112
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Formation and characterization of a reactive chromium(v)-oxo complex: mechanistic insight into hydrogen-atom transfer reactions (2015)
  • Author(s): H. Kotani, S. Kaida, T. Ishizuka, M. Sakaguchi, T. Ogura, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 6 Pages: 945-955
  • DOI: 10.1039/c4sc02285h
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Infrared and Raman spectroscopic investigation of the reaction mechanism of cytochrome c oxidase (2015)
  • Author(s): S. Nakashima, T. Ogura, T. Kitagawa
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta Volume: 1847 Pages: 86-97
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.08.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of proton motive force on the structure and dynamics of bovine cytochrome c oxidase in phospholipid vesicles (2014)
  • Author(s): T. Nomura, S. Yanagisawa, K. Shinzawa-Itoh, S. Yoshikawa, T. Ogura
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 53 Pages: 6382-6391
  • DOI: 10.1021/bi501022j
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Influence of ligand flexibility on the electronic structure of oxidized Ni(III)-phenoxide complexes (2014)
  • Author(s): M. Kawai, T. Yamaguchi, S. Masaoka, F. Tani, T. Kohzuma, L. Chiang, T. Storr, K. Mieda, T. Ogura, R. K. Szilagyi, Y. Shimazaki
  • Journal Title: Inorg. Chem. Volume: 53 Pages: 10195-10202
  • DOI: 10.1021/ic501181k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electronic control of ligand-binding preference of a myoglobin mutant (2014)
  • Author(s): R. Nishimura, D. Matsumoto, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, H. Tai, T. Matsuo, S. Hirota, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • Journal Title: Inorg. Chem. Volume: 53 Pages: 9156-9165
  • DOI: 10.1021/ic5011924
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Geometric control of nuclearity in copper(I)/dioxygen chemistry (2014)
  • Author(s): T. Abe, Y. Morimoto, T. Tano, K. Mieda, H. Sugimoto, N. Fujieda, T. Ogura, S. Itoh
  • Journal Title: Inorg. Chem. Volume: 53 Pages: 8786-8794
  • DOI: 10.1021/ic501461n
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of the Electron Density of the Heme Fe Atom on the Fe-Histidine Coordination Bond in Deoxy Myoglobin (2014)
  • Author(s): R. Nishimura, T. Shibata, H. Tai, I. Ishigami, S. Yanagisawa, T. Ogura, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. Volume: 87 Pages: 905-911
  • DOI: DOI: 10.1246/bcsj.20130331
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Determination of damage-free crystal structure of an X-ray-sensitive protein using an XFEL (2014)
  • Author(s): K. Hirata, K. Shinzawa-Itoh, N. Yano, S. Takemura, K. Kato, M. Hatanaka, K. Muramoto, T. Kawahara, T. Tsukihara, E. Yamashita, K. Tono, G. Ueno, T. Hikima, H. Murakami, Y. Inubushi, M. Yabashi, T. Ishikawa, M. Yamamoto, T. Ogura, H. Sugimoto, J. R. Shen, S. Yoshikawa, H. Ago
  • Journal Title: Nat. Methods Volume: 11 Pages: 734-736
  • DOI: 10.1038/nmeth.2962
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly reactive nonheme iron(III) iodosylarene complexes in alkane hydroxylation and sulfoxidation reactions (2014)
  • Author(s): S. Hong, B. Wang, M. S. Seo, Y. M. Lee, M. J. Kim, H. R. Kim, T. Ogura, R. Garcia-Serres, M. Clemancey, J. M. Latour, W. Nam
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Volume: 53 Pages: 6388-6392
  • DOI: 10.1002/anie.201402537
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] チトクロムc酸化酵素の反応初期過程の研究 (2015)
  • Author(s): 西口達人, 李 辰, 伊藤‐新澤恭子, 吉川信也, 中島 聡, 小倉尚志
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス/薬学部（千葉県船橋市習志野台7-24-1）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 時間分解共鳴ラマン分光法によるチトクロムc酸化酵素の反応ダイナミクスの研究 (2015)
  • Author(s): 中川善之, 伊藤-新澤恭子, 吉川信也, 中島 聡, 小倉尚志
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス/薬学部（千葉県船橋市習志野台7-24-1）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ハチ毒メリチンの細胞毒性に関与する中性脂質膜中における会合体形成過程の分光学的解析 (2015)
  • Author(s): 神田直樹, 栁澤幸子, 小倉尚志, 辻 暁
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス/薬学部（千葉県船橋市習志野台7-24-1）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ストップトフロー共鳴ラマン分光法によるミオグロビンヘム近傍構造変化の追跡 (2015)
  • Author(s): 栁澤幸子, デシュパンデ メガ スブハシュ, 廣田 俊, 中川逹央, 小倉 尚志
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス/薬学部（千葉県船橋市習志野台7-24-1）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 金属中心-タンパク質間の情報伝達ダイナミクス：赤外分光法による検出 (2015)
  • Author(s): 小倉尚志
  • Organizer: 分子研研究会「生物無機化学の最先端と今後の展望：金属と生体分子の作用機序解明とモデル化および応用への展開」
  • Place of Presentation: 分子科学研究所 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38）
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
  • Invited
• [Presentation] Vibrational Spectroscopic Investigation of Molecular Mechanisms of Aerobic Respiration (2014)
  • Author(s): T. Ogura
  • Organizer: Advances in Live Single-Cell Thermal Imaging and Manipulation
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学シーサイドハウス(OIST)（沖縄県国頭郡恩納村字谷茶1919-1）
  • Year and Date: 2014-11-10 – 2014-11-12
  • Invited
• [Presentation] X線回折計と共存した同軸・同時可視吸収分光装置の開発 (2014)
  • Author(s): 坂口美幸, 木村哲就, 上野 剛, 城 宜嗣, 小倉尚志, 久保 稔
  • Organizer: 平成26年度日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部（東京都文京区弥生1-1-1）
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [Presentation] 一酸化炭素よりも酸素に対して高い親和性を示すミオグロビンの創製 (2014)
  • Author(s): R. Nishimura, D. Matsumoto, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, H. Tai, T. Matsuo, S. Hirota, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] チトクローム酸化酵素の反応初期過程における共役機構の解明 (2014)
  • Author(s): S. Nakashima, M. Kubo, I. Ishigami, K. Shinzawa-Itoh, S. Yoshikawa, T. Ogura
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] α鎖あるいはβ鎖の近位ヒスチジンがグリシンに置換された変異ヘモグロビンの機能と構造 (2014)
  • Author(s): S. Nagatomo, Y. Nagai, Y. Aki, H. Sakurai, N. Maruyama, K. Imai, N. Mizusawa, T. Ogura, T. Kitagawa, M. Nagai
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] ハーフメトHb Mにおける酸素親和性と正常鎖、異常鎖の配位状態との関係 (2014)
  • Author(s): S. Hashihara, M. Okumura, S. Nagatomo, M. Nagai, T. Ogura, T. Kitagawa, M. Hishida, Y. Yamamura, K. Saito
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] 紫外共鳴ラマン分光法による酵素に結合した基質の構造解析 (2014)
  • Author(s): 栁澤幸子, 原 雅行, 杉本 宏, 城 宜嗣, 小倉尚志
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] チトクロムc酸化酵素の酸素還元反応の時間分解赤外吸収測定を目的とした酸素肺フローシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 西口達人, 引田理英, 新澤-伊藤恭子, 吉川信也, 中島 聡, 小倉尚志
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] 紫外共鳴ラマン分光法によるインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼの三者複合体中間体モデルの研究 (2014)
  • Author(s): 萱間紅絵, 栁澤幸子, 杉本 宏, 城 宜嗣, 小倉尚志
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] フルオロ基を含む二核化配位子を有する二核鉄(III)ペルオキソ錯体の合成および酸化反応性の研究 (2014)
  • Author(s): 片桐一貴, 古舘英樹, 藤波修平, 鈴木正樹, 秋根茂久, 酒田陽子, 野村高志, 小倉尚志
  • Organizer: 錯体化学第64回討論会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区春日1-13-27）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [Presentation] 酸素活性種を含む二核鉄錯体の合成と酸化反応性 (2014)
  • Author(s): 関野実緒, 田崎京佑, 石川敬直, 古舘英樹, 藤波修平, 鈴木正樹, 秋根茂久, 酒田陽子, 野村高志, 小倉尚志
  • Organizer: 錯体化学第64回討論会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区春日1-13-27）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [Presentation] 二核銅(II)ペルオキソ錯体の架橋骨格による酸化反応性の制御 (2014)
  • Author(s): 小倉久司, 坂本貴裕, 古舘英樹, 藤波修平, 秋根茂久, 酒田陽子, 鈴木正樹, 野村高志, 小倉尚志
  • Organizer: 錯体化学第64回討論会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区春日1-13-27）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [Presentation] Ni(III)-salen 錯体の一電子酸化体の電子状態 (2014)
  • Author(s): 川合 穂, 山口峻英, 正岡重行, 谷 文都, 高妻孝光, Linus Chiang, Tim Storr, 小倉尚志, Robert K. Szilagyi, 島崎優一
  • Organizer: 錯体化学第64回討論会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区春日1-13-27）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-20
• [Presentation] Visible and UV resonance Raman study on indoleamine 2,3-dioxygenase (2014)
  • Author(s): S. Yanagisawa, M. Hara, K. e. Kayama, H. Sugimoto, Y. Shiro, T. Ogura
  • Organizer: 8th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines（ICPP-8）
  • Place of Presentation: Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-27
• [Presentation] Cooperative Structural Dynamics of Proton Pumping Elements in Cytochrome c Oxidase as Studied by Innovative Infrared Spectroscopy (2014)
  • Author(s): T. Ogura, S. Nakashima, M. Kubo, S. Yamaguchi, M. Mochizuki, K. Shinzawa-Itoh, S. Yoshikawa
  • Organizer: 8th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines（ICPP-8）
  • Place of Presentation: Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-27
  • Invited
• [Presentation] 酸素結合型ミオグロビンにおける量子化学的共鳴を通した酸素親和性および自動酸化反応速度の調節 (2014)
  • Author(s): 西村 龍, 西山康太郎, 松本大地, 柴田友和, 石上 泉, 小倉尚志, 太 虎林, 長尾 聡, 松尾貴史, 廣田 俊, 荘司長三, 渡辺芳人, 今井清博, 根矢三郎, 鈴木秋弘, 山本泰彦
  • Organizer: 第41回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ（福岡県福岡市早良区西新2-16-23）
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-07
• [Presentation] 時間分解振動分光法でみたチトクローム酸化酵素の反応初期過程での共役機構 (2014)
  • Author(s): 中島 聡, 久保 稔, 石上 泉, 新澤-伊藤恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • Organizer: 第41回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ（福岡県福岡市早良区西新2-16-23）
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-07
• [Presentation] インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼの反応機構の解析 (2014)
  • Author(s): 萱間紅絵, 栁澤幸子, 杉本 宏, 城 宜嗣, 小倉尚志
  • Organizer: 第6回日本生物物理学会 中国四国支部大会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取県鳥取市尚徳町101-5）
  • Year and Date: 2014-05-17 – 2014-05-18
• [Presentation] チトクローム酸化酵素の反応初期過程での共役機構 (2014)
  • Author(s): 中島 聡, 久保 稔, 石上 泉, 新澤-伊藤恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • Organizer: 第6回日本生物物理学会 中国四国支部大会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取県鳥取市尚徳町101-5）
  • Year and Date: 2014-05-17 – 2014-05-18