ホタルルシフェラーゼによるπ空間制御機構の解明

• 研究領域: 高次π空間の創発と機能開発
• 研究課題/領域番号: 20108016
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中津 亨 京都大学, 大学院・薬学研究科, 准教授 (50293949)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 31,460千円 (直接経費: 24,200千円、間接経費: 7,260千円); 2012年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2011年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2010年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2009年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2008年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 生物発光 / ルシフェラーゼ / π空間 / オキシルシフェリン / 立体構造 / 発光反応 / X線結晶構造解析 / ルシフェリン / 励起状態 / 量子収率

研究概要

ホタルの黄緑色の発光を触媒するルシフェラーゼは1アミノ酸置換により発光色が変化する。Tyr257, Asn231, Arg220変異体を作成し、構造解析を行い、野生型と比較した。その結果、Tyr257変異体では発光体の疎水性相互作用が弱くなっていた。またAsn231変異体、Arg220変異体ではオキシルシフェリンの水素結合ネットワークが乱れていた。以上のことからいずれの構造においても励起状態のオキシルシフェリンに対し、エネルギーロスを引き起こし、その結果として赤色発光すると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] rystallization and preliminary crystallographic analysis of two eukaryotic fructosyl peptide oxidases (2013)
  • 著者名/発表者名: Ichiyanagi A, Hirokawa K, Gomi K, Nakatsu T, Kato H, Kajiyama N
  • 雑誌名: Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun 巻: 69(Pt 2) 号: 2 ページ: 130-3
  • DOI: 10.1107/s1744309112051445
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of Pz peptidase B from Geobacillus collagenovorans MO-1 (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakano H, Hosokawa A, Tagawa R, Inaka K, Ohta K, Nakatsu T, Kato H, Watanabe K
  • 雑誌名: Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun 巻: 68(Pt 7) 号: 7 ページ: 757-9
  • DOI: 10.1107/s1744309112018969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for color modulation mechanism of firefly luciferase bioluminescence (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanako Terakado
  • 雑誌名: Luminescence 巻: 27 ページ: 164-164
• [雑誌論文] Structural basis for docking of peroxisomal membrane protein carrier Pex19p onto its receptor Pex3p (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Shibata H, Nakatsu T, Nakano H, Kashiwayama Y, Imanaka T, Kato H
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 29 号: 24 ページ: 4083-4093
  • DOI: 10.1038/emboj.2010.293
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deleting two C-terminal alpha-helices is effective to crystallize the bacterial ABC transporter Escherichia coli MsbA complexed with AMP-PNP (2010)
  • 著者名/発表者名: Terakado K, Kodan A, Nakano H, Kimura Y, Ueda K, Nakatsu T, Kato H
  • 雑誌名: Acta Crystallogr D 巻: 66 号: 13 ページ: 319-323
  • DOI: 10.1111/j.1742-4658.2009.07072.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for docking of peroxisomal membrane protein carrier Pex19p onto its receptor Pex3p. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Shibata H, Nakatsu T, Nakano H, Kashiwayama Y, Imanaka T, Kato H.
  • 雑誌名: EMBO J. 29 ページ: 4083-4093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deleting two C-terminal alpha-helices is effective to crystallize the bacterial ABC transporter Escherichia coli MsbA complexed with AMP-PNP. (2010)
  • 著者名/発表者名: Terakado K, Kodan A, Nakano H, Kimura Y, Ueda K, Nakatsu T, Kato H.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr D 66 ページ: 319-323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for docking of peroxisomal membrane protein carrier Pex19p onto its receptor Pex3p. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Shibata H, Nakatsu T, Nakano H, Kashiwayama Y, Imanaka T, Kato H.
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 29 ページ: 4083-4093
  • 査読あり
• [雑誌論文] The exquisite structure and reaction mechanism of bacterial Pz-peptidase A toward collagenous peptides : X-ray crystallographic structure analysis of PZ-peptidase a reveals differences from mammalian thimet oligopeptidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki A, Nakano H, Hosokawa A, Nakatsu T, Kato H, Watanabe K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 285 ページ: 34972-34980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional role of the linker region in purified human P-glycoprotein (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Kodan A, Kimura Y, Ueda K, Nakatsu T, Kato H
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 276 ページ: 3504-3516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional role of the linker region in purified human P-glycoprotein. (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Kodan A, Kimura Y, Ueda K, Nakatsu T, Kato H.
  • 雑誌名: FEBS Journal. 276 ページ: 3504-3516
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray crystallographic study of an HIV-1 fusion inhibitor with the gp41 S138A substitutio (2009)
  • 著者名/発表者名: Watabe T, Terakawa Y, Watanabe K, Ohno H, Nakano H, Nakatsu T, Kato H, Izumi K, Kodama E, Matsuoka M, Kitaura K, Oishi S, Fujii N.
  • 雑誌名: J Mol Biol. 392 ページ: 657-665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for gibberellin recognition by its receptor GID1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimada A, Ueguchi-Tanaka M, Nakatsu T, Nakajima M, Naoe Y, Ohmiya H, Kato H, Matsuoka M
  • 雑誌名: Nature 巻: 456 号: 7221 ページ: 520-523
  • DOI: 10.1038/nature07546
  • NAID: 130006990929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of efficient firefly bioluminescence via adiabatic transition state and seam of sloped conical intersection (2008)
  • 著者名/発表者名: Chung LW, Hayashi S, Lundberg M, Nakatsu T, Kato H, Morokuma K
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 130 号: 39 ページ: 12880-12881
  • DOI: 10.1021/ja8052464
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for gibberellin recognition by its receptor (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimada A, Ueguchi-Tanaka M, Nakatsu T, Nakajima M, Naoe Y, Ohmiya H, Kato H, Matsuoka M.
  • 雑誌名: GID1.Nature 456 ページ: 520-523
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of efficient firefly bioluminescence via adiabatic transition state and seam of sloped conical intersection. (2008)
  • 著者名/発表者名: Chung LW, Hayashi S, Lundberg M, Nakatsu T, Kato H, Morokuma K.
  • 雑誌名: J Am Chem Soc. 130 ページ: 12880-12881
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for gibberellin recognition by its receptor GTD1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimada A, Ueguchi-Tanaka M, Nakatsu T, Nakajima M, Naoe Y, Ohmiya H, Kato H, Matsuoka M.
  • 雑誌名: Nature 456 ページ: 520-523
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of efficient firefly bioluminescence via adiabatic transition state and seam of sloped conical intersection (2008)
  • 著者名/発表者名: Chung LW, Hayashi S, Lundberg M, Nakatsu T, Kato H, Morokuma K.
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 130 ページ: 12880-12881
  • 査読あり
• [学会発表] The role of hydrogen bonding network around oxyluciferin binding region in firefly luciferase bioluminescence (2013)
  • 著者名/発表者名: Toru Nakatsu
  • 学会等名: Nagoya Symposium Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: 名古屋大学、（愛知県）
  • 年月日: 2013-01-22
• [学会発表] ホタル由来ルシフェラーゼのオキシルシフェリンアナログ複合体の高分解能X線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中津亨
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡、（福岡県）
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] Structural basis for color modulation mechanism of firefly luciferase bioluminescence (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Nakatsu
  • 学会等名: 17th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
  • 発表場所: Guelph, Ontario, Canada
  • 年月日: 2012-05-28
• [学会発表] 結晶状単層カーボンナノチューブ集合体の作製とその物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤光、柳和宏、小林春花、末永和知、蓬田陽平、竹延大志、吉宗良祐、中津亨
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Production of Crystalline SWCNT aggregates (2012)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Kudo, Kazuhiro Yanagi, Kazutomo Suenaga, Haruka Kobayashi, Taishi Takenobu, Yohei Yomogida、Kunio Hirata, Ryosuke Yoshimune, Toru Nakatsu
  • 学会等名: フラーレンナノチューブグラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2012-03-08
• [学会発表] ホタル由来ルシフェラーゼのオキシルシフェリンアナログ複合体の高分解能X線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 寺角 香菜子, Naumov Panche, 五味 恵子, 梶山 直樹, 加藤 博章, 中津 亨
  • 学会等名: 日本生化学会 2012年度年会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡(福岡県)
• [学会発表] Structural basis for color modulation mechanism of firefly luciferase bioluminescence (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanako Terakado, Ryosuke Yoshimune, Keiko Gomi, Naoki Kajiyama, Hideyuki Ikeuchi, Jun Hiratake, Hiroaki Kato and Toru Nakatsu
  • 学会等名: 17th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
  • 発表場所: Guelph Ontario, Canada
• [学会発表] ゲンジボタルルシフェラーゼの発光色制御メカニズムの解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子、吉宗良祐、五味恵子、梶山直樹、池内秀幸、平竹潤、加藤博章、中津亨
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2011-11-25
• [学会発表] Crystal structure of Pex3p-Pex19p complex from methylotrophic yeast Pichia pastoris (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai Hidenori, Kyoko Fukushima-Egawa, Hiroyuki Shibata, Toru Nakatsu, Hiroaki Kato
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-08
• [学会発表] ゲンジボタルルシファラーゼの蛍光色制御メカニズムの解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子、吉宗良祐、五味恵子、梶山直樹、池内秀幸、平竹潤、加藤博章、中津亨
  • 学会等名: 日本結晶学会 2011年度年会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
• [学会発表] ゲンジボタルルシフェラーゼの発光色決定メカニズムの解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺角 香菜子、吉宗 良祐、五味 恵子、梶山 直樹、池内 秀幸、平竹 潤、加藤 博章、中津 亨
  • 学会等名: 日本農芸化学会2011年度年会
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
• [学会発表] (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子、吉宗良祐、五味恵子、梶山直樹、池内秀幸、平竹潤、加藤博章、中津亨
  • 学会等名: ゲンジボタルルシフェラーゼの発光色決定メカニズムの解明日本農芸化学会2011年度年会
  • 発表場所: 京都女子大学(京都市)
• [学会発表] ホタルルシフェラーゼの発光色決定メカニズムの解明 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉宗良祐、寺角香菜子、加藤博章、中津亨
  • 学会等名: 日本結晶学会平成22年度年会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター(大阪府)
• [学会発表] (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子、吉宗良祐、五味恵子、梶山直樹、池内秀幸、平竹潤、加藤博章、中津亨
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
• [学会発表] (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉宗良祐、寺角香菜子、加藤博章、中津亨
  • 学会等名: ホタルルシフェラーゼの発光色決定メカニズムの解明日本結晶学会平成22年度年会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター(大阪府)
• [学会発表] (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子、中津亨
  • 学会等名: ホタル・ルシフェラーセによるπ空間制御機構日本生物物理学会
  • 発表場所: アスティ徳島(徳島)
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] ホタル・ルシフェラ-ゼによるπ空間制御機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子、中津亨
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: アスティ徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] ヒト由来ペルオキシソーム膜タンパク質輸送因子Pex3pとPex19pの構造基盤 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤康彦, 柴田洋之, 中津亨, 中野博明, 柏山恭範, 今中常雄, 加藤博章
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2009-10-23
• [学会発表] メタノール資化性酵母Pichia pastoris由来Pex3-Pex19p相互作用の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平井秀憲, 江川響子, 柴田洋之, 中津亨, 加藤博章
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2009-10-23
• [学会発表] ホタルルシフェラーゼは基質の不斉をどのように見分けているのか? (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤太一郎, 宮永佳奈, 番匠亜沙美, 中津亨, 武尾正弘, 根来誠司
  • 学会等名: 日本生物工学会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] ジベレリン受容体の立体構造に基づく分子進化と基質認識機構の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島田麻子、上口(田中)美弥子、中津亨、中嶋正敏、直江洋一、大宮博子、加藤博章、松岡信
  • 学会等名: 蛋白質科学会
  • 発表場所: 熊本全日空ホテルニュースカイ
  • 年月日: 2009-05-20
• [学会発表] ホタルにおける発光制御メカニズム (2009)
  • 著者名/発表者名: 中津亨
  • 学会等名: 日本農芸化学会2008年度大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡市)
• [学会発表] (2009)
  • 著者名/発表者名: 中津亨
  • 学会等名: ホタルにおける発光制御メカニズム日本農芸化学会2008年度大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡市)
• [図書] 生体π空間の制御機構の解明と新機能開発ーホタルルシフェラーゼによるπ空間制御機構ー (2013)
  • 著者名/発表者名: 寺角 香菜子、中津 亨
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 高次π空間の創発と機能開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 寺角香菜子
  • 総ページ数: 245
  • 出版者: （株）シーエムシー出版
• [図書] 高機能化ホタル・ルシフェラーゼ創製に向けて (2010)
  • 著者名/発表者名: 中津亨
  • 出版者: 日本結晶学会