２種の色素分解酵素に秘められた反応のエッセンス

• 研究課題/領域番号: 15K05555
• 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: 生体関連化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松井 敏高 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90323120)
• 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: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ヘム代謝 / 反応機構 / 結核菌 / 黄色ブドウ球菌 / 酸素添加 / 酵素反応 / 病原性細菌 / 酸素活性化 / 蛍光タンパク質 / 水酸化ヘム / １原子酸素添加 / ２原子酸素添加

研究成果の概要

ヘムを異常に歪めて結合する新型ヘム分解酵素（結核菌MhuD・黄色ブドウ球菌IsdG）について、その特殊な反応機構を解明した。MhuDについては反応の全貌解明にほぼ成功し、同一活性中心で１原子／２原子酸素添加反応を融合する初めての酵素であることを示した。IsdGについても、反応条件によってはMhuDと同様の反応が支配的となることを示した。しかし、還元速度などに応じてHCHOの遊離が促進され、細菌における生合成の制御機構の１つと提案された。さらに、新規ヘム代謝物を色素とする蛍光蛋白質の開発にも取り組み、通常生成物に対する選択性の向上など、有望な結果を得た。

研究成果

• [国際共同研究] Albert Einstein College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] Universite Grenoble/Universite Pierre et Marie Curie(France)
• [国際共同研究] UC Irvine(米国)
• [雑誌論文] Reaction Intermediates in the heme degradation reaction by HutZ from Vibrio cholerae (2017)
  • 著者名/発表者名: Uchida*, T., Sekine, Y., Dojun, N., Lewis, A., Ishigami, I., Matsui, T., Yeh, S.-R., and Ishimori, K.
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 46 号: 25 ページ: 8104-8109
  • DOI: 10.1039/c7dt01562c
  • NAID: 120006486794
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Artificial Hydrogenases based on Cobaloximes and Heme Oxygenase (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Bacchi, E. Veinberg, M. J. Field, J. Niklas, T. Matsui, D. M Tiede, O. G. Poluektov, M. Ikeda-Saito, M. Fontecave V. Artero
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 81 号: 10 ページ: 1083-1089
  • DOI: 10.1002/cplu.201600218
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charge-state-distribution analysis of Bach2 intrinsically disordered heme binding (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Suenaga, M. Watanabe-Matsui, H. Shima, T. Matsui, M. Ikeda-Saito, K. Igarashi, K. Murayama
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 160 号: 5 ページ: 291-298
  • DOI: 10.1093/jb/mvw035
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unique coupling of mono- and dioxygenase chemistries in a single active site promotes heme degradation (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui, Shusuke Nambu, Celia W. Goulding, Satoshi Takahashi, Hiroshi Fujii, Masao Ikeda-Saito
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 113 号: 14 ページ: 3779-3784
  • DOI: 10.1073/pnas.1523333113
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌 IsdG におけるヘム代謝生成物の制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠崎玲香, 松井敏高
  • 学会等名: 第44回 生体分子科学討論会
• [学会発表] Unusual Degradation of Highly Distorted Heme: Its Mechanism and Precise Control (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
  • 国際学会
• [学会発表] Functional coupling of mono- and dioxygenase chemistries in a single active site promotes unique heme degradation (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui
  • 学会等名: Japan-Korea-Taiwan Bioinorganic Chemistry Symposium
  • 発表場所: Okazaki Conference Center (Okazaki, Japan)
  • 年月日: 2016-09-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ２種の酸素添加反応の融合による特異なヘム分解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 敏高, 齋藤正男
  • 学会等名: 第８９回 日本生化学大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-09-27
• [学会発表] Unusual heme degradation achieved by unprecedented coupling of two distinct oxygenation modes (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui, Shusuke Nambu, Masao Ikeda-Saito
  • 学会等名: ICPP-9 (Ninth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ２種の酸素添加反応の融合による特殊なヘム分解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井敏高, 高橋聡, 齋藤正男, 藤井浩
  • 学会等名: 第26回 金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 北大学術交流会館（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-06-18
• [学会発表] Unusual oxygenation mechanism of MhuD, a heme degrading enzyme from Mycobacterium tuberculosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui, Shusuke Nambu, Masao Ikeda-Saito
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Sheraton Waikiki (Honolulu, USA)
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unique reaction products of IsdG-type heme-degrading enzymes (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui, Shusuke Nambu, Yukari Ono, Kohei Tsumoto, Masao Ikeda-Saito
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (Honolulu, USA)
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] 異種機能の融合による特殊なヘム分解機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井敏高, 齋藤正男
  • 学会等名: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学工学部（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] ヘムの色んな壊し方 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井敏高
  • 学会等名: 北大・構造化学セミナー “New Frontier of Biostructural Chemistry in Hokkaido University”
  • 発表場所: 北海道大学理学部（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] Unusual oxygenation mechanism of MhuD, a heme degrading enzyme from Mycobacterium tuberculosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Matsui, Shusuke Nambu, Masao Ikeda-Saito
  • 学会等名: "Metals in Biology" in Wako
  • 発表場所: 理研・鈴木梅太郎記念ホール（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2015-06-16
  • 国際学会
• [学会発表] 結核菌MhuDによる特殊な酸素添加反応 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井 敏高, 南部 周介, 齋藤 正男
  • 学会等名: 第42回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 高崎シティギャラリー（群馬県高崎市）
  • 年月日: 2015-06-12
• [備考] 東北大学プレスリリース
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/03/press20160330-01.html