核共鳴非弾性散乱分光によるセンサー蛋白質の気体感知機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K05850
• 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: 山陽小野田市立山口東京理科大学 (2018-2019); 兵庫県立大学 (2016-2017)
• 研究代表者: 太田 雄大 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 准教授 (70509950)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019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); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 核共鳴非弾性散乱分光 / 共鳴ラマン分光 / ヘム蛋白質 / 気体センサー蛋白質 / ヘムタンパク質 / 酸素結合タンパク質 / 振動分光法 / 共鳴ラマン分光法 / 鉄含有蛋白質 / 振動分光 / 生物物理 / ヘム鉄蛋白質 / 非ヘム鉄蛋白質 / 核共鳴非弾性散乱 / 共鳴ラマン / 金属蛋白質モデル錯体 / 酸素活性化 / センサー蛋白質 / 蛋白質 / シグナル伝達 / 分析科学

研究成果の概要

気体分子結合型ヘムの分子構造の解析は、各種ヘム蛋白質の分子機構の解明に重要である。本研究では、放射光施設を利用した核共鳴非弾性散乱分光法 (NRVS) を用いてミオグロビンの分子構造の解析を行った。NRVSは、核共鳴原理を利用した革新的な振動分光法で、核共鳴した鉄原子近傍の全ての振動モードの観測を可能にする。酸素結合型ミオグロビンの解析では、ヘム鉄－酸素結合の分子振動構造について、従来の見解とは異なる新たな知見を得た。本成果は、酸素もしくは他の2原子気体分子と相互作用し、分子内情報伝達により機能発現する各種ヘム蛋白質の研究に新たな展開をもたらす。

研究成果の学術的意義や社会的意義

気体分子結合型ヘムの分子構造の解析は、各種ヘム蛋白質の分子機構の解明に重要である。本研究では、放射光施設を利用した核共鳴非弾性散乱分光法 (NRVS) により、ミオグロビンのヘム鉄近傍の分子振動構造解析を行った。酸素結合型ミオグロビンの解析では、ヘム鉄－酸素結合の分子振動構造について、従来の見解とは異なる新たな知見を得た。本成果は、酸素もしくは他の2原子気体分子と相互作用し、分子内情報伝達により機能発現する各種ヘム蛋白質の研究に新たな展開をもたらす。

研究成果

• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [国際共同研究] Ewha Womans University(韓国)
• [雑誌論文] Nucleophilic reactivity of a copper(II)-hydroperoxo complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Bohee Kim, Donghyun Jeong, Takehiro Ohta, Jaeheung Cho
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 2 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/s42004-019-0187-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Copper amine oxidases catalyze the oxidative deamination and hydrolysis of cyclic imines (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Nagakubo, Takuto Kumano, Takehiro Ohta, Yoshiteru Hashimoto, Michihiko Kobayashi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-018-08280-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Dinitrogen-Molybdenum Complex Induces Dinitrogen Cleavage by One-Electron Oxidation (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Katayama, Takehiro Ohta, Yuko Wasada-Tsutsui, Tomohiko Inomata, Tomohiro Ozawa, Takashi Ogura and Hideki Masuda
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 58 号: 33 ページ: 11279-11284
  • DOI: 10.1002/anie.201905299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reactivity difference in the oxidative nucleophilic reaction of peroxonickel(iii) intermediates with open-chain and macrocyclic systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Seonggeun Yun, Nam Kwon, Seonghan Kim, Donghyun Jeong, Takehiro Ohta, Jaeheung Cho
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry Frontiers 巻: 6 号: 8 ページ: 2112-2117
  • DOI: 10.1039/c9qi00465c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization and Reactivity of a Tetrahedral Copper(II) Alkylperoxido Complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikuma Shimizu, Yuma Morimoto, Gunasekaran Velmurugan, Tulika Gupta, Sayantan Paria, Takehiro Ohta, Hideki Sugimoto, Takashi Ogura, Peter Comba, Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 25 号: 47 ページ: 11157-11165
  • DOI: 10.1002/chem.201902669
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cupric-superoxide complex that induces a catalytic aldol reaction-type C-C bond formation (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Abe, Y. Hori, Y. Shiota, T. Ohta, Y. Morimoto, H. Sugimoto, T. Ogura, K. Yoshizawa, and S. Itoh
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 2 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s42004-019-0115-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New Assay Method Based on Raman Spectroscopy for Enzymes Reacting with Gaseous Substrates (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawahara‐Nakagawa, K. Nishikawa, S. Nakashima, S. Inoue, T. Ohta, T. Ogura, Y. Shigeta, K. Fukutani, T. Yagi, and Y. Higuchi
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 28 号: 3 ページ: 663-670
  • DOI: 10.1002/pro.3569
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] N2 Activation on a Molybdenum-Titanium-Sulfur Cluster (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohki, K. Uchida, M. Tada, R. E. Cramer, T. Ogura, and T. Ohta
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 3200-3200
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05630-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopic Study of Oxy Myoglobins Reconstituted with Chemically Modified Heme Cofactors: Insights into the Fe?O2 Bonding and Internal Dynamics of the Protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta Takehiro、Shibata Tomokazu、Kobayashi Yasuhiro、Yoda Yoshitaka、Ogura Takashi、Neya Saburo、Suzuki Akihiro、Seto Makoto、Yamamoto Yasuhiko
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 57 号: 48 ページ: 6649-6652
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00829
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mn(III)-Iodosylarene Porphyrins as an Active Oxidant in Oxidation Reactions: Synthesis, Characterization, and Reactivity Studies (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.M. Guo, Y.-M. Lee, M. S. Seo, Y.-J. Kwon, X.-X. Li, T. Ohta, W.-S. Kim, R. Sarangi, S. Fukuzumi, and W. Nam
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 57 号: 16 ページ: 10232-10240
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b01426
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Bis(mu‐oxido)dinickel(III) Complex with a Triplet Ground State (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuma Morimoto, Yusaku Takagi, Toru Saito, Takehiro Ohta, Takashi Ogura, Norimitsu Tohnai, Motohiro Nakano, Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 印刷中 号: 26 ページ: 7640-7643
  • DOI: 10.1002/anie.201802779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure and Reactivity of Copper Complexes Supported by a Bulky Tripodal N4 Ligand: Copper(I)/Dioxygen Reactivity and Formation of a Hydroperoxide Copper(II) Complex (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Paria, T. Ohta, Y. Morimoto, H. Sugimoto, T. Ogura, and S. Itoh
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie 巻: 644 号: 14 ページ: 780-790
  • DOI: 10.1002/zaac.201800083
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Copper(I)-Dioxygen Reactivity in an Isolated Cavity of Nanoscale Molecular Architecture (2018)
  • 著者名/発表者名: Sayantan Paria, Yuma Morimoto, Takehiro Ohta, Hideki Sugimoto, Nobutaka Fujieda, Takashi Ogura, and Shinobu Itoh*
  • 雑誌名: Eur. J. Inorg. Chem. 巻: 2018 号: 19 ページ: 1976-1983
  • DOI: 10.1002/ejic.201800029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A water-soluble supramolecular complex that mimics the heme/copper hetero-binuclear site of cytochrome c oxidase (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitagishi Hiroaki、Shimoji Daiki、Ohta Takehiro、Kamiya Ryo、Kudo Yasuhiro、Onoda Akira、Hayashi Takashi、Weiss Jean、Wytko Jennifer A.、Kano Koji
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 9 号: 7 ページ: 1989-1995
  • DOI: 10.1039/c7sc04732k
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dioxygen Activation and O?O Bond Formation Reactions by Manganese Corroles (2017)
  • 著者名/発表者名: Guo Mian、Lee Yong-Min、Gupta Ranjana、Seo Mi Sook、Ohta Takehiro、Wang Hua-Hua、Liu Hai-Yang、Dhuri Sunder N.、Sarangi Ritimukta、Fukuzumi Shunichi、Nam Wonwoo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 44 ページ: 15858-15867
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08678
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Achieving One-Electron Oxidation of a Mononuclear Nonheme Iron(V)-Imido Complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Hong Seungwoo、Lu Xiaoyan、Lee Yong-Min、Seo Mi Sook、Ohta Takehiro、Ogura Takashi、Cl?mancey Martin、Maldivi Pascale、Latour Jean-Marc、Sarangi Ritimukta、Nam Wonwoo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 41 ページ: 14372-14375
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08161
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct Reactivity of a Mononuclear Peroxocobalt(III) Species toward Activation of Nitriles (2017)
  • 著者名/発表者名: Noh Hyeonju、Jeong Donghyun、Ohta Takehiro、Ogura Takashi、Valentine Joan Selverstone、Cho Jaeheung
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 32 ページ: 10960-10963
  • DOI: 10.1021/jacs.7b04479
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New mechanistic insights into intramolecular aromatic ligand hydroxylation and benzyl alcohol oxidation initiated by the well-defined (μ-peroxo)diiron(iii) complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Sekino Mio、Furutachi Hideki、Tojo Rina、Hishi Ayumi、Kajikawa Hanako、Suzuki Takatoshi、Suzuki Kaito、Fujinami Shuhei、Akine Shigehisa、Sakata Yoko、Ohta Takehiro、Hayami Shinya、Suzuki Masatatsu
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 63 ページ: 8838-8841
  • DOI: 10.1039/c7cc04382a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Mononuclear Nonheme Iron(V)-Imido Complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Hong Seungwoo、Sutherlin Kyle D.、Vardhaman Anil Kumar、Yan James J.、Park Sora、Lee Yong-Min、Jang Soojeong、Lu Xiaoyan、Ohta Takehiro、Ogura Takashi、Solomon Edward I.、Nam Wonwoo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 26 ページ: 8800-8803
  • DOI: 10.1021/jacs.7b04695
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and Reactivity of a Mononuclear Nonheme Cobalt(IV)-oxo Complex (2017)
  • 著者名/発表者名: B. Wang, Y. -M. Lee, W. -Y. Tcho, S. Tussupbayev, S. -T. Kim, Y. Kim, M. S. Seo, K. -B. Cho, Y. Dede, B. C. Keegan, T. Ogura, S. H. Kim*, T. Ohta*, M. -H. Baik*, K. Ray*, J. Shearer*, W. Nam*
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/ncomms14839
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reactivity of a Cobalt(III)-Hydroperoxo Complex in Electrophilic Reactions. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shin, B., Sutherlin, K. D., Ohta, T., Ogura, T., Solomon, E. I., & Cho, J.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 23 ページ: 12391-12399
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b02288
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The secondary coordination sphere and axial ligand effects on oxygen reduction reaction by iron porphyrins: a DFT computational study. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohta, T., Nagaraju, P., Liu, J. G., Ogura, T., & Naruta, Y.
  • 雑誌名: Journal of Biological Inorganic Chemistry 巻: 21 号: 5-6 ページ: 745-755
  • DOI: 10.1007/s00775-016-1380-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The secondary coordination sphere controlled reactivity of a ferric-superoxo heme: unexpected conversion to a ferric hydroperoxo intermediate by reaction with a high-spin ferrous heme. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagaraju, P., Ohta, T., Liu, J. G., Ogura, T., & Naruta, Y.
  • 雑誌名: Chem. Commun. (Camb.) 巻: 52 号: 45 ページ: 7213-7216
  • DOI: 10.1039/c6cc02162j
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Structural Basis and Dynamics for Gas Recognition of Myoglobin: A Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopic Study (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta
  • 学会等名: International Workshop on New Developments and Prospects for the Future Mossbauer Spectroscopy (IWMS2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 核共鳴非弾性散乱分光による鉄蛋白質活性中心の構造化学とダイナミックス (2018)
  • 著者名/発表者名: 太田雄大
  • 学会等名: 第11回 SPRUC 核共鳴散乱研究会 (名古屋工業大学)
  • 招待講演
• [学会発表] 2nd Coordination Sphere Controlled Oxygen Reduction Reaction Catalyzed by a Bio-inspired Iron Porphyrin (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta
  • 学会等名: The 9th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (Nanjing, China)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2017-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Efficient Oxygen Reduction Catalysis of Fe-Porphyrins (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta
  • 学会等名: Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry 2017
  • 発表場所: Kolkata, India
  • 年月日: 2017-01-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural basis and dynamics for gas recognition of myoglobin: A nuclear resonance vibrational spectroscopic study (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Ohta
  • 学会等名: Ewha Bioinorganic Chemistry Symposium 2017 (Seoul, Korea)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 核共鳴非弾性散乱分光により解き明かす鉄蛋白質活性点の構造化学とダイナミックス (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田雄大
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会（熊本大学）
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear resonance vibrational spectroscopic study of diatomic gas sensing mechanism of myoglobin (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Ohta
  • 学会等名: The 254th American Chemical Society National Meeting (Washington DC,USA)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies of O2 and NO Reductions of Bio-inspired Iron Porphyrin Comp;lexes and Heme-Copper Oxidases (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta
  • 学会等名: The 3rd International Bioinorganic Chemistry Conference on Small Molecule Activation in Biomimetic Chemistry
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 国際学会 / 招待講演