ヘムを活性中心とする気体センサータンパク質の構造と機能の相関

• Project/Area Number: 07J03507
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities
• Principal Investigator: 澤井 仁美 National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities, 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: ヘムタンパク質 / PASドメイン / 酸素センサー / 生物無機化学 / 共鳴ラマン法 / 構造機能解析 / 走化性制御 / X線結晶構造解析 / グロビン / 酵素 / ヘム / タンパク質 / セカンドメッセンジャー

Research Abstract

気体分子を生理的なエフェクターとする気体分子センサータンパク質は、各種生物の遺伝子発現制御、代謝系制御、運動性制御など様々な生理機能制御に関わっていることが明らかにされつつあり、近年、大きな注目を集める研究対象となっている。ヘムタンパク質が気体分子のセンサーとして機能するためには、生理的エフェクターとして機能する特定の気体分子が選択的にヘム鉄に結合し、それに伴う構造変化がタンパク質全体に伝わることで機能が発現されると考えられる。この機能が正常に発現するためには、ヘムおよびその近傍にあるアミノ酸側鎖が気体分子を選択的に認識し、エフェクターとして機能する特定の気体分子がヘム鉄に結合したときのみ構造変化が生じなければならない。しかし、多くの気体分子センサータンパク質では、このような気体分子の認識・感知やそれに続く構造変化と機能発現に関する分子メカニズムは未解明である。
本年度は、緑膿菌Pseudomonas aerginosa中に含まれ、酸素に対する走化性シグナルトランスデューサーとして機能すると推定されていたAer2タンパク質が、ヘム含有PASドメインをセンサードメインとして利用している新規な酸素センサータンパク質であることを明らかにした。ヘム含有PASドメインを有する走化性シグナルトランスデューサーは、Aer2が世界で最初の例であった。本研究において、各種変異体を調製し、それらを対象として共鳴ラマン分光法などの各種分光学的測定により、Aer2タンパク質の構造機能相関解明を目的とした研究を実施した。その結果、Aer2がこれまでに例の無い新規な酸素センサータンパク質であることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] Molecular Oxygen Regulates the Enzymatic Activity of a Heme-containing Diguanylate Cyclase(HemDGC)for the Synthesis of Cyclic di-GMP. (2010)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta 1084 Pages: 166-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray Crystal Structure of the Michaelis Complex of Aldoxime Dehydratase. (2009)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 284 Pages: 32089-32096
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヘム含有PASドメインを有する新規なセンサータンパク質の性質 (2010)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学(大阪府)
• [Presentation] 新規なヘム酵素(アルドキシム脱水酵素)のX線結晶構造 (2009)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第36回 生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道)
• [Presentation] 低温X線照射還元によるアルドキシム脱水酵素の結晶内におけるミカエリス複合体の生成およびその構造決定 (2009)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 関西学院大学(兵庫県)
• [Presentation] Crystal Structure of the Michaelis Complex of Aldoxime Dehydratase. (2009)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC14)
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知県)
• [Presentation] Crystal Structure of the Michaelis Complex of a Novel Heme Enzyme, Aldoxime Dehydratase. (2009)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: 2nd International Symposium on Bioinorganic Chemistry of the new Era(ISBCNE2)
  • Place of Presentation: 高山文化会館(岐阜県)
• [Presentation] Crystal Structure of the Michaelis Complex of a Novel Heme Enzyme, Aldoxime Dehydratase. (2009)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: School and Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry(SaBIC-2009)
  • Place of Presentation: Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai(India)
• [Presentation] 新規なヘム含有型アルドキシム脱水酵素の反応機構 (2008)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第3回バイオ関連合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Presentation] HemDGC, A Novel Globin-Coupled O_2 Sensor, Regulates Synthesis Of A Bacterial Second Messenger (c-di-GMP) (2008)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: 4^<th> International Conference on Metals and Genetics
  • Place of Presentation: France, Paris Descartes University
• [Presentation] HemDGC, A Novel Globin-Coupled O_2 Sensor, Regulates Synthesis Of A Bacterial Second Messenger (c-di-GMP) (2008)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: The 7^<th> OIB Symposium“Frontiers of Biological Imaging : Synergy of the Advanced Techniques"
  • Place of Presentation: Japan, Okazaki Conference Center
• [Presentation] グロビン型センサードメインを有するセカンドメッセンジャーc-di-GMP合成酵素の酸素による活性制御 (2008)
  • Author(s): 澤井 仁美
  • Organizer: 第6回岡崎統合バイオサイエンスセンターシンポジウム
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター
• [Presentation] グロビン型センサードメインを有するセカンドメッセンジャー(c-di-GMP)合成酵素の酸素による活性制御 (2007)
  • Author(s): 澤井 仁美
  • Organizer: 第34回 生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] HemDGC, A Novel Globin-Coupled O_2 sensor, Regulates A Bacteral Second Messenger(c-di-GMP)Synthesis. (2007)
  • Author(s): 澤井 仁美
  • Organizer: The 67th Okazaki Conference
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター
• [Remarks]
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2009/091109