脳内のCOセンサー蛋白質NPAS2の立体構造解析

• Project/Area Number: 05J05063
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Kurume University
• Principal Investigator: 杉島 正一 久留米大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: X線結晶構造解析 / 構造生物学 / ヘム / 金属蛋白質 / シグナル伝達

Research Abstract

本研究はヘムの分解に伴って生じる様々な生理反応の解明を目的として行なった。ヘムの代謝はヘムオキシゲナーゼ(HO)によるポルフィリン環の開裂によって始まり、この反応でビリベルジン、CO、鉄が生じる。生じたCOは、哺乳類では様々な生理反応のシグナル伝達物質として働くと示唆されている。このような生理反応の一つとして、NPAS2による体内時計の制御が知られている。NPAS2はヘムを二分子含む蛋白質で、ヘム鉄にCOが結合することによって、その会合状態を変化させ、BMAL1と相互作用することによって転写因子として機能する。ヘム結合ドメインA、Bおよびその両者をもつフラグメントを大腸菌内で大量発現させる系を用いて、試料を精製し、結晶化を試みたが、現在まで結晶解析に適した結晶を得ることには成功していない。
NPAS2の関与する系以外にもCOは細胞増殖、抗炎症、抗アポトーシスといった細胞を保護する反応のシグナルとして働くことが示唆されている。これらはHOの特異的阻害剤が抗癌剤として使用できる可能性を示している。昨年、イミダゾール-ジオキソレン化合物が従来のHO阻害剤より特異性の高い阻害剤として働くことが報告された。今年度、私はこの阻害剤とヘム-HO複合体の三者複合体の立体構造を明らかにした。本構造を基に、より特異性の高い阻害剤が開発されることが期待される。一方で、光合成生物ではヘムの分解によって生じたビリベルジンが、フェレドキシン依存性ビリン還元酵素によって還元され、様々な光合成色素や光受容色素が合成される。今年度は、昨年度明らかにしたフェレドキシン依存性ビリン還元酵素(PcyA)と基質であるビリベルジンの複合体構造をさらに発展させ、基質非結合型の立体構造を明らかにした。基質結合前後の構造を比較することにより、PcyAにおける構造変化を伴う基質認識について明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] X-ray crystallographic and biochemical characterization of the inhibitory action of an imidazole-dioxolane compound on heme oxygenase. (2007)
  • Author(s): 杉島 正一
  • Journal Title: Biochemistry 46・7 Pages: 1860-1867
• [Journal Article] Induced-fitting and electrostatic potential change of PcyA upon substrate binding demonstrated by the crystal structure of the substrate-free form. (2006)
  • Author(s): 萩原 義徳
  • Journal Title: FEBS Letters 580・16 Pages: 3823-3826
• [Journal Article] フェレドキシン依存性ビリン還元酵素の構造研究 (2006)
  • Author(s): 杉島 正一
  • Journal Title: 日本結晶学会誌 48・4 Pages: 283-289
  • NAID: 10019293665
• [Journal Article] Crystal structure of phycocyanobilin : ferredoxin oxidoreductase in complex with biliverdin IXα, a key enzyme in the biosynthesis of phycocyanobilin (2006)
  • Author(s): 萩原 義徳
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 103・1 Pages: 27-32
• [Journal Article] Crystal structure of dimeric heme oxygenase-2 from Synechocystis sp.PCC 6803 in complex with heme (2005)
  • Author(s): 杉島 正一
  • Journal Title: Biochemistry 44・11 Pages: 4257-4266
• [Journal Article] ヘムオキシゲナーゼの立体構造からみた反応機構 (2005)
  • Author(s): 坂本 寛
  • Journal Title: 生化学 77・7 Pages: 634-638
• [Book] 基礎医学・生物系の同位体実験 -放射性同位体・安定同位体・X線結晶解析の基礎- (2006)
  • Author(s): 井上 浩義
  • Total Pages: 120
  • Publisher: 久留米大学医学部放射性同位体実験施設