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フリーラジカルを生成する複合金属フラビン酵素の構造と機能

研究課題

研究課題/領域番号 13480212
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機能生物化学
研究機関日本医科大学

研究代表者

西野 武士  日本医科大学, 大学院・医学研究科, 教授 (40094312)

研究分担者 岡本 研  日本医科大学, 医学部, 助手 (60267143)
西野 朋子  日本医科大学, 医学部, 助手 (80075613)
岩崎 俊雄  日本医科大学, 医学部, 講師 (40277497)
松村 智裕  日本医科大学, 医学部, 助手 (20297930)
阿部 靖子  日本医科大学, 医学部, 講師 (60089612)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
14,300千円 (直接経費: 14,300千円)
2003年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2002年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2001年度: 6,900千円 (直接経費: 6,900千円)
キーワード活性酸素 / キサンチン脱水素酵素 / キサンチン酸化酵素 / 金属タンパク質 / X線結晶解析 / 非ヘム鉄 / ペルオキシレドキシン / 鉄結合タンパク質
研究概要

哺乳類のキサンチン酸化還元酵素は脱水素酵素(XDH)として合成されるが、たんぱく分解酵素作用や、システイン基の修飾によって、酸化酵素型(XO)に変換する。牛乳由来のXDHおよびXOの結晶構造はすでに決定されているが、われわれは、XDHからXOへのコンフォメーション変化におけるリレー機構の中心をなすアミノ酸クラスターを特定し、またこのアミノ酸クラスターはFAD付近で溶媒チャネルの開閉門としても働いていることを発見した。さらに詳細な構造の比較や、部位特異的変位誘発による分析により、Phe549、Arg335Trp36、Arg427が、リレー機構の中心にあり、リンカーペプチドの修飾を活性中心ループ(Glu423~lys433)に伝達するということがわかった。
さらに、我々は、キサンチン酸化還元酵素の遅い基質との水酸化反応における重要な中間体の結晶化構造を決定した。中間体は、生成物の炭素酸素間結合が形成され、モリブデンと錯体を作っている状態であり、安定で、640nm付近に広い電荷移動複合体の吸収を示す。複合体の結晶構造は、触媒的に活性のある基であり、Mo-OH酸素が、基質の炭素原子と結合をつくるということを示ている。活性部位に普段見られる水分子が本構造では見られない。このことが中間体の安定性に寄与しており、水の水酸基が中間体の水解に寄与していると考えられる。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (30件)

  • [文献書誌] Kuwabara, Y. et al.: "Unique relay system for switching from dehydrogenase to oxidase form of xanthine oxidoreductase"Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 100. 8170-8175 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Okamoto, K. et al.: "An Extremely Potent Inhibitor of Xanthine Oxidoreductase : Crystal Structure of the Enzyme-Inhibitor Complex and Mechanism of Inhibition"J.Biol.Chem.. 278. 1848-1855 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Maiti.et al.: "Resonance Raman Studies on Xanthine oxidase : observation of the Mo(IV)-ligand vibration."J.Biolo.Inorganic Chemistry. 8. 327-333 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 岡本研, 桑原允光, 西野朋子, 西野武士: "キサンチン脱水素酵素から酸化酵素への蛋白質構造・機能変換の分子機構"蛋白質・核酸・酵素. 49. 625-633 (2004)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 岡本 研, 西野武士: "目で見るキサンチンオキシダーゼ/デヒドロゲナーゼの立体構造"高尿酸血症と痛風. 12. 1-6 (2004)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 川本進, 西野朋子, 西野武士: "ゲノミクス・プロテオミクスの新展開〜生物情報の解析と応用 バキュロウイルス/昆虫細胞によるタンパク質の発現と精製"エヌ・テイ・エス(東京). (2004)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kuwabara, Y. et al.: "Unique relay system for switching from dehydrogenase to oxidase form of xanthine oxidoreductase"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100. 8170-8175 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Okamoto, K. et al.: "An Extremely Potent Inhibitor of Xanthine Oxidoreductase : Crystal Structure of the Enzyme-Inhibitor Complex and Mechanism of Inhibition"J.Biol.Chem.. 278. 1848-1855 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Maiti.et al.: "Resonance Raman Studies on Xanthine oxidase : observation of the Mo(IV)-ligand vibration."J. Biolo. Inorganic Chemistry. 8. 327-333 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Okamoto, K. et al.: "Molecular switching mechanism of xanthine oxidoreductase"PROTEIN, NUCLEIC ACID AND ENZYME. Vol.49 No.5. 625-633 (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Okamoto, K., Nishino, T.: "Crystal structures of xanthine oxidase / dehydrogenase"Hyperuricemia and Gout. Vol. 12 No.1. 1-6 (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawamoto Susumu, Nishino Tomoko, Nishino Takeshi: "GENOMICS AND PROTEOMICS TOWARD THE ANALYSIS AND APPLICATION OF BIOLOGICAL INFORMATION Methods for protein expression in Baculovirus/insect cell"N・T・S (Tokyo). (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kuwabara, Y.et al.: "Unique relay system for switching from dehydrogenase to oxidase form of xanthine oxidoreductase"Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 100. 8170-8175 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Okamoto, K.et al.: "An Extremely Potent Inhibitor of Xanthine Oxidoreductase : Crystal Structure of the Enzyme-Inhibitor Complex and Mechanism of Inhibition."J.Biol.Chem.. 278. 1848-1855 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Maiti.et al.: "Resonance Raman Studies on Xanthine oxidase : observation of the Mo(IV)-ligand vibration."J.Biolo.Inorganic Chemistry. 8. 327-333 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 岡本研, 桑原允光, 西野朋子, 西野武士: "キサンチン脱水素酵素から酸化酵素への蛋白質構造・機能変換の分子機構"蛋白質・核酸・酵素. 49. 625-633 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 川本進, 西野朋子, 西野武士: "「ゲノミクス・プロテオミクスの新展開〜生物情報の解析と応用〜」バキュロウイルス/昆虫細胞によるタンパク質の発現と精製"エヌ・テイ・エス(東京). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Igarashi I.et al.(Nishino, T): "Kinetics of inter-domain electron transfer in flavocytochrome cellobiose dehydrogenase from the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium"Biochem. J. 365. 521-526 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Akira, T.Atsuko, A.Wada, T.Nishino, A.Ishihama: "Systematic search for zinc-binding proteins in Esherichia coli"Eur. J. Biochm.. 269. 2403-2413 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nishino, Y.Amaya, S.Kawamoto, Y.Kashima, K.Okamato, T.Nishino: "Purification and Characterization of Multiple-Forms of Rat Liver Xanthine Oxidoreductase Expressed in Baculovirus-Insect Cell System"J. Biochem.. 132. 597-606 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Maiti NC, Tomita T, Kitagawa T, Okamoto K, Nishino T.: "Resonance Raman studies on xanthine oxidase : observation of Mo(VI)-ligand vibrations"J Biol Inorg Chem.. Feb;8(3). 327-333 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Okamoto, B.T.Eger, T.Nishino, S.Kondo, E.F.Pai, T.Nishino: "An Extremely Potent Inhibitor of Xanthine Oxidoreductase : Crystal Structure of the Enzyme-Inhibitor Complex and Mechanism of Inhibition"J. Biol. Chem.. 278. 1848-1855 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] E.Pai, T, Nishino: "The molybdenum-containing xanthine and picolic acid dehydrogenase"Metal Ions in Biological Systems (Text book, Eds. A. Siegel and H. Sigel), (Marcel Dekker, Inc., New York). 24 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Kusano T.Nishino To., Okamoto K., Hori H., Nishino T.: "The factor in bovine milk and the sulfhydryl residues of xanthine oxidoreductase responsible for conversion from dehydrogenase to oxidase forms"Flavins and Flavoproteins [Rudolf Weber Agency for Scentific Publications]. 4 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K. Ichida, T. Matsumura, R. Sakuma, T. Hosoya, T. Nishino: "Mutation of human molybdenum cofactor sulfurase gene is responsible for classical xanthinuria type II"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 282. 1194-1200 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Cosper NJ, Scott RA, Hori H, Nishino T, Iwasaki T.: "X-ray absorption spectroscopic analysis of the high-spin ferriheme site in substrate-bound neuronal nitric-oxide synthase"J Biochem. 130(2). 191-198 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Nishino, T.: "Crystal structures of bovine milk xanthine dehydrogenase and mechanism of conversion from the delhydrogenase to the oxidase"Indian J. Chem. 41. 78-79 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Nishino, T., K. Okamoto, K., Pai, E.: "High-Resolution Structure of Bovine Milk Xanthine Oxidoreducatase and Inhibitor Complexes"Spring-8 Research Frontiers. (in press).

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Igarashi, I., Momohara, I., Nishino, T., Samejima, M.: "Kinetics of inter-domain electron transfer in flavocytochrome cellobiose dehydrogenase from the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium"Biochem. J. (in press).

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Pai, E., Nishino, T.: "Metal Ions in Biological Systems"Marcel Dekker, Inc., New York. 24 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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