プロスタグランジン合成酵素の機能と反応に関する計算科学的解明

• 研究課題/領域番号: 15K05411
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 有機化学
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 森 聖治 茨城大学, 理学部, 教授 (50332549)
• 研究分担者: 海野 昌喜 茨城大学, 理工学研究科, 教授 (10359549)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 量子化学計算 / QM/MM法 / プロスタグランジン / 酵素 / 反応機構 / プロスタグランジン合成酵素 / プロスタグランジン類 / 酵素反応機構 / QM/MM計算 / 異性化反応 / シクロオキシゲナーゼ / 分子動力学計算

研究成果の概要

本研究では、プロスタグランジン類の生合成を司る酵素の機能と反応について検討した。（１）プロスタグランジンH2合成酵素(シクロオキシゲナーゼ)：本研究では、シクロオキシゲナーゼ２型の酵素(COX-2)によるアラキドン酸の水素引き抜きの段階では、活性化エネルギーが、基質の立体配座に依存することをQM/MM法で明らかにした。
（２）リポカリン型プロスタグランジンD合成酵素：プロスタグランジンD合成酵素の反応について検討し、システイン残基のチオラートイオンがエンドペルオキシド酸素に攻撃する経路を見いだした。比較としてビリン還元酵素と基質複合体の結合状態を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] チェンマイ大学/カセサート大学(タイ)
• [国際共同研究] Kasetsart University(タイ)
• [国際共同研究] Kasetsart University(Thailand)
• [雑誌論文] QM/MM Investigation for Protonation States in a Bilin Reductase PcyA-Biliverdin IXalpha Complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Eri Iijima, Matthew Paul Gleeson, Masaki Unno, Seiji Mori
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 印刷中 号: 15 ページ: 1809-1813
  • DOI: 10.1002/cphc.201800031
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of substitution effect on fluorescence properties of Zn 2+-selective ratiometric fluorescent compounds: 2-(2′-Hydroxyphenyl) benzimidazole derivatives (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Akutsu, Seiji Mori, Kenichi Shinmei, Hiroki Iwase, Yoshiharu Nakano, Yuki Fujii
  • 雑誌名: Talanta 巻: 146 ページ: 575-584
  • DOI: 10.1016/j.talanta.2015.09.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光合成色素フィコシアノビリンを合成する酵素と基質ビリベルジンとの複合体の中性子結晶解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福山 恵一，和田 啓，杉島 正一，海野 昌喜
  • 雑誌名: 生化学 巻: 87 号: 6 ページ: 753-757
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2015.870753
  • NAID: 40020687454
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2015-12-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] 中性子結晶構造解析で明らかになったビリン還元酵素PcyA基質複合体の2つの水素化状態と構造的特徴 (2015)
  • 著者名/発表者名: 海野昌喜、杉島正一、和田啓、萩原義徳、日下勝弘、玉田太郎、福山恵一
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 57 号: 5 ページ: 297-303
  • DOI: 10.5940/jcrsj.57.297
  • NAID: 130005105678
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insights into the Proton Transfer Mechanism of a Bilin Reductase PcyA Following Neutron Crystallography. (2015)
  • 著者名/発表者名: Unno, M., Ishikawa-Suto, K., Kusaka, K., Tamada, T., Hagiwara, Y., Sugishima, M., Wada, K., Yamada, T., Tomoyori, K., Hosoya, T., Tanaka, I., Niimura, N, Kuroki, R., Inaka, K., Ishihara, M., Fukuyama, K.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: in press 号: 16 ページ: 5452-5460
  • DOI: 10.1021/jacs.5b00645
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 酵素反応機構解析における量子化学の役割-シトクロムP450およびプロスタグランジン合成酵素を例に- (2018)
  • 著者名/発表者名: 森 聖治
  • 学会等名: 生物学・光源・物性研究者による量子生物学勉強会
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical Investigations of PGH2 to PGD2 Isomerization Reaction by Lipocalin-Type Prostaglandin D Synthase using Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Method (2017)
  • 著者名/発表者名: SATO, Takehiro; SHIMAMOTO, Shigeru; ARITAKE, Kosuke; URADE, Yoshihiro; MORI, Seiji
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Computational Studies of Biosyntheses of Prostaglandins and Related Signaling Compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: Seiji Mori
  • 学会等名: 6th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural QM/MM Investigation of Bilin Reductase PcyA-substrate complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Eri Iijima, M. Paul Gleeson, Masaki Unno, Seiji Mori
  • 学会等名: 2nd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University
  • 国際学会
• [学会発表] QM/MM法によるビリン還元酵素基質複合体の構造に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯島 愛璃，Gleeson Paul，海野 昌喜，森 聖治
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会2017仙台
• [学会発表] Theoretical Studies of Molecular Activation Reactions-Mechanistic Insights and Rational Design of Catalysis- (2016)
  • 著者名/発表者名: Seiji Mori
  • 学会等名: APCTCC 7
  • 発表場所: 高雄、台湾
  • 年月日: 2016-01-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Insights into Molecular Activation Reactions (2016)
  • 著者名/発表者名: Seiji Mori
  • 学会等名: Thai-Japan Symposium in Chemistry
  • 発表場所: Chiang Mai, Thailand
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光合成色素合成酵素の中性子結晶構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 海野昌喜
  • 学会等名: 平成27年度第1回生物構造学研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子で明らかにするビリン還元酵素の「水素原子レベル」の立体構造と反応機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 海野昌喜
  • 学会等名: 第16回大つくば物理化学セミナー
  • 発表場所: 群馬県草津町
  • 年月日: 2015-11-06
• [学会発表] Computational Studies on Mechanistic Insights Into Prostaglandin Synthases (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Mori
  • 学会等名: ICoBio 2015
  • 発表場所: Bogor, Indonesia
  • 年月日: 2015-08-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 理学部物理有機化学研究室
  • URL: http://smori.sci.ibaraki.ac.jp
• [備考] 森研究室ホームページ
  • URL: http://smori.sci.ibaraki.ac.jp
• [学会・シンポジウム開催] 2016 Japan-Thai-Vietnam Joint Workshop for Theoretical and Computational Chemistry (2016)
  • 発表場所: Mito, Japan
  • 年月日: 2016-01-18