光合成色素の合成に関わる酵素群の反応機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18570105
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 福山 恵一 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80032283)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,920千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 420千円); 2007年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2006年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: ビリン還元酵素 / 光合成 / X線結晶解析 / クロロフィル / フェレドキシン / ビリン色素 / γ-グルタミルトランスペプチダーゼ / 光合成色素 / 反応中間体 / ビリベルジン / 構造性色素 / ビリン環元酵素 / 表面電荷

研究概要

紅藻やシアノバクテリアは光合成色素(フィコビリン)や光センサー(フィトクロモビリン、フィコシアノビリン)としてビリン化合物を用いている。これらは、ヘムの酸化的還元によって生じるビリベルジンIXα(BV)を経て、フェレドキシン依存性ビリン還元酵素(FDBR)とよばれる一連の酵素ファミリーによって合成される。これらの酵素には、フェレドキシンが還元力を供給する。PcyAはFDBRファミリーに属する酵素で、BVからフィコシアノビリンを合成する。BVはAからDの4つのピロール環を持つが、PcyAはまずD環側鎖のビニル基を還元し、つぎにA環を還元する。PcyAの逐次2段階反応の分子機構を明らかにするため、PcyAの一段階目の反応生成物を有機化学的に合成し、これとPcyAとの複合体の結晶構造を決定した。この構造から逐次2段階反応に関与しているアミノ酸残基が浮かび上がり、部位特異的変異の結果もあわせて、分子機構の解明に迫っている。
γ-グルタミルトランスペプチターゼ(GGT)はバクテリアから哺乳類まで幅広い生物に存在する酵素で、グルタチオンをはじめとするγ-グルタミル化合物の代謝で主要な働きを担っている。アザセリンおよびアシビシンはGGTの阻害剤として古くから知られているが、これらがGGTのどの部位にどのように結合するかは不明であった。GGTと阻害剤との複合体の構造を結晶解析で決定し,GGTの活性残基にのみ阻害剤が結合し、しかも予期してなかった様式で結合していることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Mass spectroscopic identification of lysine residues of heme oxygenase-1that are involved in its interaction with NADPH-cytochrome P450 reductase (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Higashimoto, M. Sugishima, H. Sato, H. Sakamoto, K. Fukuyama, G. Palmer, M. Noguchi
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 367 ページ: 852-858
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mass spectroscopic identification of lysine residues of heme oxygenase-1 that are involved in its interaction with NADPH-cytochrome P450 reductase (2008)
  • 著者名/発表者名: Y., Higashimoto, M., Sugishima, H., Sato, H., Sakamoto, K., Fukuyama, G., Palmer, M., Noguchi
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 367 ページ: 852-858
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Solvent Tuning of Electrochemical Potentials in the Active Sites of HiPIP Versus Ferredoxin (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Dey, F. E. Jenney Jr., M. W. W. Adams, E. Babini, Y. Takahashi, K. Fukuyama, K. O. Hodgson, B. Hedman, E. I. Solomon
  • 雑誌名: Science 318 ページ: 1464-1468
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvent Tuning of Electrochemical Potentials in the Active Sites of HiPIP Versus Ferredoxin (2007)
  • 著者名/発表者名: A., Dey, F.E., Jenney, Jr., M.W.W., Adams, E., Babini, Y., Takahashi, K., Fukuyama, K.O., Hodgson, B., Hedman, E.I., Solomon
  • 雑誌名: Science 318 No.5855 ページ: 1464-1468
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] X-Ray Crystallographic and Biochemical Characterization of the lnhibitory Action of an lmidazole-dioxolate Compound on Heme Oxygenase (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sugishima
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 1860-1867
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induced-fitting and electrostatic potential change of PcyA upon substrate binding demonstrated by the crystal structure of the substrate-free form (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Hagiwara, M.Sugishima, Y.Takahashi, K.Fukuyama
  • 雑誌名: FEBS Letters 580・16 ページ: 3823-3828
• [雑誌論文] Crystal Structures of BchU,amethyltransferaseInvolvedinBacteriochlorophyll c Biosynthesis, and its Complex with S-Adenosylhomocysteine : Implications for Reaction Mechanism (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Wada, H.Yamaguchi, J.Harada, K.Niimi, S.Osumi, Y.Saga, H.Oh-oka, H.Tamiaki, K.Fukuyama
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 360・4 ページ: 839-849
• [雑誌論文] フェレドキシン依存性ビリン環元酵素の構造研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 杉島正一, 萩原義徳, 高橋康弘, 福山恵一
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 48・4 ページ: 283-289
• [雑誌論文] Crystal Structures of Escherichia coli γ-Glutamyltranspeptidase in Complex with Azaserine and Acivicin: Novel Mechanistic Implication for Inhibition by Glutamine Antagonists
  • 著者名/発表者名: K. Wada, J. Hiratake, M. Irie, T. Okada, C. Yamada, H. Kumagai, H. Suzuki, K. Fukuyama
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structures of Escherichia coil γ-Glutamyltranspeptidase in Complex with Azaserine and Acivicin : Novel Mechanistic Implication for Inhibition by Glutamine Antagonists
  • 著者名/発表者名: K., Wada, J., Hiratake, M., Irie, T., Okada, C., Yamada, H., Kumagai, H., Suzuki, K., Fukuyama
  • 雑誌名: J. Mol. Biol (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Structures of phytobilin synthesis enzymes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Fukuyama
  • 学会等名: 7th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms
  • 発表場所: Kyoto TERRSA
  • 年月日: 2007-12-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Structures of phytobilin synthesis enzymes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Fukuyama
  • 学会等名: 7th lnternational Conference on Tetrapyrrole Photo-receptors in Photosynthetic Organisms
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2007-12-12