生命金属動態を鍵反応とするセンサー分子システムの構築と生理機能制御
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
19H05762
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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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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
青野 重利 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (60183729)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥67,730,000 (Direct Cost: ¥52,100,000、Indirect Cost: ¥15,630,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
Fiscal Year 2019: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
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| Keywords | 生命金属動態 / 金属含有型センサータンパク質 / 水素センサータンパク質 / 酸素センサータンパク質 / ヒドロゲナーゼ / ニッケル-鉄二核金属錯体 / センサータンパク質 / 金属タンパク質 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、遷移金属を構成要素とするセンサーモジュールを有したセンサータンパク質の生合成過程におけるセンサーモジュールの構築とタンパク質部分への組込みの詳細な分子機構を解明することにより、細胞内生命金属動態制御を鍵反応とするセンサー分子システムの構築原理を理解し、「生命金属科学研究基盤の構築」のための基礎的知見を得る。さらに、センサーモジュールによる気体分子センシングの動的過程、気体分子センシングにおいて誘起されるタンパク質構造変化・機能制御を各種分光学的測定、結晶構造解析、生化学・分子生物学的解析によって明らかにし、生命金属が制御する細胞内構造ダイナミクスと機能の解明を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素センサー／水素代謝酵素として機能すると考えられているNi-Fe型ヒドロゲナーゼは、Ni-Fe二核金属錯体をセンサーモジュールとして利用している。本二核金属錯体のFeに配位しているCOおよびCNは、酵素反応により生合成されている。本年度の研究では、COの生合成を触媒する酵素HypXの結晶構造解析に成功した。得られた構造情報をもとに、HypXによるCO生合成反応の分子機構を提案した。HypXは、N末ドメイン(residues 1-270)とC末ドメイン(residues 289-542)がループにより連結された構造を有しており、分子内部にはこれら二つのドメインにまたがる形で大きなキャビティーが存在していた。C末ドメイン側のキャビティーには、補酵素A（coenzyme A: CoA）が結合していた。
N末ドメインは、ホルミル基転移反応を触媒する酵素との構造相同性があることが分かった。ホルミル基転移反応を触媒する酵素においてcatalytic triadと呼ばれる３つのアミノ酸残基（ホルミル基転移反応の触媒残基として機能する）は、HypXにおいても対応する位置（His74, Asp80, Asp109）に保存されていた。これらの結果より、HypXにおいてもN10-formyl-THFを基質（ホルミル基供与体）とするホルミル基転移反応が進行し、ホルミルCoAが生成するものと考えられる。ホルミルCoAは、末端ホルミル基がC末ドメイン中に位置するようにHypX中のキャビティー内でコンフォメーション変化する。C末ドメインにおいてホルミルCoAの脱ホルミル化反応が進行することによりCOが生成するものと考えられる。
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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
本研究では、遷移金属を構成要素とするセンサーモジュールを有したセンサータンパク質の生合成過程におけるセンサーモジュールの構築とタンパク質部分への組込みの詳細な分子機構を解明することにより、細胞内生命金属動態制御を鍵反応とするセンサー分子システムの構築原理を理解し、センサーモジュールによる気体分子センシングの動的過程、気体分子センシングにおいて誘起されるタンパク質構造変化・機能制御を各種分光学的測定、結晶構造解析、生化学・分子生物学的解析によって明らかにすることを目的としている。本年度の研究においては、水素センサータンパク質の水素センサーモジュールの生合成に関与するHypXの結晶構造解析にも成功しており、これまで不明であったCO生合成反応の反応機構を明らかにできたことは特筆に値する成果であると言える。これらの成果を総合すると、本研究はおおむね順調に進捗しているものと判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、水素センサータンパク質生合成過程において、一連のアクセサリータンパク質がどのような組合せ・順番で反応することによりセンサータンパク質が合成されるのか、その詳細な分子機構の解明を行う。そのために、X線小角散乱、および結晶構造解析を用いたアクセサリータンパク質複合体の構造解析、アクセサリータンパク質からRHへのセンサーモジュール輸送反応過程の解析を計画している。
また今後は、走化性制御系におけるヘムを利用した酸素センサーシステムの構造機能相関解明に向けた研究にも取り組む予定である。細菌の走化性制御システムは、外部環境シグナルのセンサーとして機能するシグナルトランスデューサータンパク質（MCP）と、MCPからのシグナルを鞭毛モーターに伝達する一連のシグナル伝達タンパク質（CheA, CheW, CheY等）から構成されている。本研究では、酸素に対する走化性（Aerotaxis）制御系において、ヘムを酸素センサーモジュールとして利用しているMCPである酸素センサータンパク質HemATを対象とし、本システムにおける酸素センシングならびにシグナル伝達反応の分子機構解明を目的として研究を実施する。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
