銅の解毒に関わるマルチ銅オキシダーゼの金属イオン特異性、酸素4電子還元と機能創製

• 研究課題/領域番号: 19350081
• 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: 生体関連化学
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 櫻井 武 (桜井 武) 金沢大学, 物質化学系, 教授 (90116038)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2009年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2008年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2007年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
• キーワード: マルチ銅オキシダーゼ / CueO / ビリルビンオキシダーゼ / 酸素4電子還元 / ビリルビンオ / 機能改変 / タイプI銅 / 三核銅 / 生物燃料電池 / 臨床検査 / 水素結合 / Cue0 / 金属クラスター

研究概要

銅排出酵素系において特異的にCu(I)を酸化する酵素CueOから50残基のアミノ酸を除去し,有機基質に対する酸化活性を創製するとともに,触媒部位への配位アミノ酸への変異導入や水素結合の切断や形成によって、触媒機能を高めることに成功した。また,CueOの組換え体および変異体を,生物燃料電池のカソード触媒やヘアカラー色素作成酵素としての利用することを可能とした。さらに,変異体の反応によって,酸素の4電子還元機構を明らかにし,反応に関与する非配位性の酸性アミノ酸を特定した。

研究成果

• [雑誌論文] Four-Electron Reduction of Dioxygen by a Multicopper Oxidase, CueO, and Roles of Asp112 and Glu506 Located Adjacent to the Trinuclear Copper Center (2009)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, K., Sugiyama, R., Hirota, S., Inoue, M., Urata, K., Minagawa, Y., Seo, D., Sakurai, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 284 ページ: 14405-14413
  • NAID: 120001451027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of Spectroscopic Properties and Catalytic Activity of Escherichia coli CueO by Mutations of Methionine 510, the Axial Ligand to the Type I Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: Kurose, S., Kataoka, K., Shinohara, N, Miura, Y., Tsutsumi, M., Tsujimura, S., Kano, K., Sakurai, T.
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 82 ページ: 504-508
  • NAID: 10025117447
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Electrochemistry of CueO and Its Mutants at Residues to and near Type I Cu for Oxygen-Reducing Biocathode (2009)
  • 著者名/発表者名: Miura, Y., Tsujimura, S., Kurose, S., Kamitaka, Y., Kataoka, K., Sakurai, T., Kano, K.
  • 雑誌名: Fuel Cells 9 ページ: 70-78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of Spectroscopic Properties and Catalytic Activity of Escherichia coli CueO by Mutations of Methionine 51o, the Axial Ligand to the Type I Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: Kurose.S., 他7名
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 82 ページ: 504-508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Four-electron Reduction of Dioxygen by a Multicopper Oxidase, CueO, and Roles of Asp112 and Glu506 Located adjacent to the Trinuclear Copper Center (2009)
  • 著者名/発表者名: Kataoka.K., 他7名
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 284 ページ: 14405-14413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studies of Interaction of Homo-Dimeric Ferredoxin-NAD (P) +Oxidoreductases of Bacillussubtiis and Rhodopseudomonas palustris that Are Closely Related to Thioredoxin Reductasein Amino Acid Sequence with Ferredoxins and Pyridine Nucleotide Coenzymes (2009)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Seo, 他4名
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 1794 ページ: 594-601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Electrochemistry of CueO and its Mutants at Residues to and near Type I Cu for Oxygen-Reducing Biocathode (2009)
  • 著者名/発表者名: Yuko Miura, 他6名
  • 雑誌名: Fuel Cells 9 ページ: 70-78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of Spectroscopic Properties and Catalytic Activity of Escherichia coli CueO by Mutations of Methionine 510, the Axial Ligand tothe Type I Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: Shinji Kurose, 他7名
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 82(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Four-Electron Reduction of Dioxygen by a Multicopper Oxidase, CueO, and Roles of Asp112 and Glu506 Located Adjacent to the Trinuclear Copper Center (2009)
  • 著者名/発表者名: Kunishige Kataoka, 他7名
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 284(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compensatory Binding of an Asparagine Residue to the Coordination-Unsaturated Type I Cu Center in Bilirubin Oxidase Mutants (2008)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, K., Tsukamoto, K., Kitagawa, R., Ito T., Sakurai, T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 371 ページ: 416-419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compensatory Binding of an Asparagine Residue to the Coordination-unsaturated type I Cu Center in Bilirubin Oxidase Mutants (2008)
  • 著者名/発表者名: Kunishige Kataoka, 他4名
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 371 ページ: 416-419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Function of Type I Copper in Multicopper Oxidases (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, T., Kataoka, K.
  • 雑誌名: Cell. Mol. Life Sci. 64 ページ: 2642-2656
  • NAID: 120001133203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kataoka, Basic and Applied Features of Multicopper Oxidases, CueO, Bilirubin Oxidase, and Laccase (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, T.
  • 雑誌名: Chem. Rec 7 ページ: 220-229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Function of the Engineered Multicopper Oxidase, CueO from Escherichia coli-Deletion of the Methionine-Rich Helical Region Covering the Substrate Binding Site- (2007)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, K., Komori, H., Ueki, Y., Konno, Y., Kamitaka, Y., Kurose, S. Tsujimura, S., Higuchi, Y., Kano, K., Seo, D., Sakurai, T.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 373 ページ: 141-152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Axial Ligand Mutation of the Type I Copper Site in Bilirubin Oxidase on Direct Electron Transfer-Type Bioelectrocatalytic Reduction of Dioxigen (2007)
  • 著者名/発表者名: Kamitaka, Y., Tsujimura, S., Kataoka, K. Sakurai, T., Ikeda, T., Kano, K.
  • 雑誌名: Electoanal. Chem. 601 ページ: 119-124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Function of the Engineered Multicopper Oxidase CueO from Escherichia coli-Deletion of the Methionine-Rich Helical Region Covering the Substrate-Binding Site (2007)
  • 著者名/発表者名: Kunishige, Kataoka, 他10名
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 373 ページ: 141-152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic and Applied Features of Multicopper Oxidases, CueO, Bilirubin Oxidase, and Laccase (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeshi, Sakurai, 他1名
  • 雑誌名: The Chemical Record 7 ページ: 220-229
  • NAID: 120001138483
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Function of Type I Copper in Multicopper Oxidases (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeshi, Sakurai, 他1名
  • 雑誌名: Cell and Molecular Life Sciences 64 ページ: 2642-2656
  • NAID: 120001133203
  • 査読あり
• [学会発表] 変異導入によるマルチ銅オキシダーゼの触媒機能の改変と創製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 櫻井武, 片岡邦重
  • 学会等名: 日本化学会第89回春年会
  • 発表場所: 近畿大学(大阪府)
  • 年月日: 2010-03-26
• [学会発表] 水素結合によるマルチ銅酸化酵素CueOのレドックス制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 前田康雄, 小木裕貴, 篠原尚也, 関本まどか, 櫻井武
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学駒場(東京都)
• [学会発表] 水素結合によるマルチ銅酸化酵素CueOのレドックス制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 他5名
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
• [学会発表] 一価銅オキシダーゼCueOの水素結合による酵素活性制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小木裕貴, 前田康雄, 片岡邦重, 瀬尾悌介, 櫻井武
  • 学会等名: 平成21年度日本化学会近畿支部会北陸地区研究発表会
  • 発表場所: 北陸先端科学技術大学院大学(石川県)
  • 年月日: 2009-11-28
• [学会発表] 枯草菌マルチ銅オキシダーゼCotAの高発現条件と変異導入による活性向上 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安部康太郎, 他9名
  • 学会等名: 平成21年度日本化学会近畿支部会北陸地区研究発表会
  • 発表場所: 北陸先端科学技術大学院大学(石川県)
  • 年月日: 2009-11-28
• [学会発表] Reduction of Dioxygen by a Multicopper Oxidase, CueO, and Roles of Asp112 and Glu506 Located Adjacent to the Trinuclear Copper Center (2009)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, T., Kataoka, K., Sugiyama, R., Hirota, S., Inoue, M., Urata, K., Minagawa, Y., Seo, D.
  • 学会等名: 14th International Conference on Bioinorganic Chemistr
  • 発表場所: Nagoya International Congress Center (Japan)
  • 年月日: 2009-07-25
• [学会発表] マルチ銅酸化酵素の触媒機能改変 (2009)
  • 著者名/発表者名: 森口祐衣, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県)
• [学会発表] マルチ銅オキシダーゼの三核銅部位に水素結合した酸性アミノ酸の酸素還元過程における役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉山良輔, 小森博文, 森下浩稔, 永尾俊博, 樋口芳樹, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 第59回錯体化学討論会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
• [学会発表] Modifications in the Redox Potential of the Type I Cu Center of CueO by the Mutations on the Coordinating and Non-Coordinating Amino Acids (2009)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, K., Maeda, Y., Kurose, S., Sekimoto, M., Shinohara, N., Tsutsumi, M., Miura, Y., Tsujimura, S., Kano, K., Sakurai, T.
  • 学会等名: 14th International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: Nagoya International Congress Center (Japan)
• [学会発表] マルチ銅酸化酵素のタイプI銅酸化還元電位および酵素活性における水素結合の役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 前田康雄, 伊藤喬洋, 小木裕貴, 栗田大輔, 櫻井武
  • 学会等名: 第36回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
• [学会発表] 水素結合によるマルチ銅オキシダーゼCueOの酸化還元活性の制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 前田康雄, 関本まどか, 篠原尚也, 黒瀬伸治, 片岡邦重, 三浦侑子, 堤麻衣子, 辻村清也, 加納健司, 櫻井武
  • 学会等名: 第19回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館(大阪府)
• [学会発表] 水素結合によるマルチ銅オキシダーゼCueOの酸化還元活性の制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 櫻井武, 他9名
  • 学会等名: 第19回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
• [学会発表] Four-Electron Reduction of Dioxygen by a Multicopper Oxidase, CueO, and Roles of Asp112 and Glu506 Located Adjacent to the Trinuclear Copper Center (2009)
  • 著者名/発表者名: 櫻井武, 他7名
  • 学会等名: 14th International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
• [学会発表] Modifications in the Redox Potential of the Type I Cu Center of CueO by the Mutations on the Coordinating and Non-Coordinating Amino Acids (2009)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 他9名
  • 学会等名: 14th International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
• [学会発表] マルチ銅オキシダーゼのタイプI銅に配位したシステインS原子へのNH-S水素結合と酵素機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 他5名
  • 学会等名: 第59回錯体化学討論会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
• [学会発表] CueOのタイプI銅軸配位子への変異導入による電気化学的特吐の改変 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬伸治, 他5名
  • 学会等名: 第58回錯体化学討論会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] 銅排出系酵素CueOによる酸素の4電子還元過程の解明 (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉山良輔, 浦田香苗, 片岡邦重, 瀬尾悌介, 櫻井武
  • 学会等名: 第81回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県)
• [学会発表] CueO・・5-7変異体の結晶成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 友寄克亮, 新村信雄, 櫻井武, 片岡邦重, 黒瀬伸治, 樋口芳樹, 小森博文, 梶野勉
  • 学会等名: 日本中性子科学会第8回年会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)
• [学会発表] Bioelectrocatalytic Reduction of O2 Catalyzed by Multi-Copper Oxidase CueO and Its Mutants (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsujimura, S., Miura, Y., Kamitaka, Y., Kurose, S., Kataoka, K., Sakurai, T., Kano, K.
  • 学会等名: 214th The Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Honolulu (USA)
• [学会発表] CueOのタイプI銅軸配位子への変異導入による電気化学的特性の改変 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬伸治, 三浦侑子, 片岡邦重, 辻村清也, 加納健司, 櫻井武
  • 学会等名: 第58回錯体化学討論会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
• [学会発表] (2008)
  • 著者名/発表者名: Tomoyori, K., Niimura, N., Sakurai, T., Kataoka, K., Kurose, S., Higuchi, Y., Komori, H., Kajino, T.
  • 学会等名: 21th Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: saka International Convention Center(Japan)
• [学会発表] (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉山良輔, 浦田香苗, 井上めぐみ, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 第18回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋市立大学(愛知県)
• [学会発表] (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsujimura, S., Miura, Y., Kamitaka, Y., Kurose, S., Kataoka, K., Sakurai, T., Kano, K.
  • 学会等名: 213th The Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Phoenix (USA)
• [学会発表] 三配位型タイプI銅部位を持つビリルビン酸化酵素の作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 塚本桂史, 北川理映子, 櫻井武
  • 学会等名: 日本農芸化学会2008年度大会
  • 発表場所: 名城大学(愛知県)
• [学会発表] Bioelectrocatalytic Reduction of O_2 Catalyzed by Multi-Copper Oxidase CueO from Escherichia coli (2008)
  • 著者名/発表者名: 辻村清也, 他6名
  • 学会等名: 213th The Electrochemical Society (ECS)Meeting
  • 発表場所: Phoenix (USA)
• [学会発表] Cu(I)オキシダーゼCueOによる酸素4電子還元 (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉山良輔, 他4名
  • 学会等名: 第18回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋市立大学
• [学会発表] Crystal Growth of Multicopper Oxidase CueO △α5-7 Mutant (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Tomoyori, 他7名
  • 学会等名: 21th Congress of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Osaka (Japan)
• [学会発表] Bioelectrocatalytic Reduction of O_2 Catalyzed by Multi-Copper Oxidase CueO and its Mutants (2008)
  • 著者名/発表者名: Seiya Tsujimura, 他6名
  • 学会等名: 214lh the Electrochemical Society (ECS) Meeting
  • 発表場所: Honolulu (USA)
• [学会発表] CueO △α5-7変異体の結晶成長 (2008)
  • 著者名/発表者名: 友寄克亮, 他6名
  • 学会等名: 日本中性子仲農会第8回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] タイプエ銅軸配位 (2008)
  • 著者名/発表者名: 伊藤喬洋, 他6名
  • 学会等名: 第81回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
• [学会発表] Cu(I)オキシダーゼCueOのプロテインエンジニアリングによる機能改変 (2007)
  • 著者名/発表者名: 片岡邦重, 小森博文, 植木優作, 今野佑介, 上高雄二, 黒瀬伸治, 辻村清也, 樋口芳樹, 加納健司, 櫻井武
  • 学会等名: 第40回酸化反応討論会
  • 発表場所: 奈良女子大学(奈良県)
  • 年月日: 2007-11-17
• [学会発表] マルチ銅オキシダーゼの酸素4電子還元反応の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 杉山良輔, 浦田香苗, 井上めぐみ, 瀬尾悌介, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 平成19年度日本化学会近畿支部会北陸地区研究発表会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 2007-11-10
• [学会発表] Cu(I)オキシダーゼCueOの基質結合部位への変異導入 (2007)
  • 著者名/発表者名: 植木, 優作, 他3名
  • 学会等名: 第57回錯体化学討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2007-09-26
• [学会発表] u(I)オキシダーゼCueOのタイプI銅部位への部位特異的変異導入による酵素活性の改変 (2007)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬伸治, 三浦侑子, 上高雄二, 辻村清也, 加納健司, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 第80回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
• [学会発表] マルチ銅オキシダーゼCueO変異体のx線構造解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小森博文, 片岡邦重, 植木優作, 今野佑介, 上高雄二, 黒瀬伸治, 辻村清也, 加納健司, 瀬尾悌介, 櫻井武, 樋口芳樹
  • 学会等名: 日本結晶学会2007年度年会
  • 発表場所: 東京工業大学(神奈川県)
• [学会発表] Cu(I)オキシダーゼCueOの基質結合部位への変異導入 (2007)
  • 著者名/発表者名: 植木優作, 黒瀬伸治, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 第57回錯体化学討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学(愛知県)
• [学会発表] マルチ銅オキシダーゼCueO変異体による電気化学的酸素還元反応の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 三浦侑子, 黒瀬伸治, 上高雄二, 片岡邦重, 櫻井武, 辻村清也, 加納健司
  • 学会等名: 2007年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学(神奈川県)
• [学会発表] Cu(I)オキシダーゼCueOにおけるType I銅の軸配位子への変異導入 (2007)
  • 著者名/発表者名: 黒瀬伸治, 三浦侑子, 上高雄二, 辻村清也, 加納健司, 片岡邦重, 櫻井武
  • 学会等名: 第34回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)
• [学会発表] Cu排出系酵素CueOのCys500Ser変異体と酸素4電子還元中間体 (2007)
  • 著者名/発表者名: 櫻井武, 片岡邦重, 黒瀬伸治, 浦田香苗, 皆川洋一, 井上めぐみ
  • 学会等名: 第17回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 京都テルサ(京都府)
• [図書] Wiley, Copper Oxygen Chemistry (2010)
  • 著者名/発表者名: Multicopper Proteins, Sakurai, T., Kataoka, K
  • 出版者: (in press)
• [図書] Copper Oxygen Chemistry(Eds. by Karlin.K. and Ito. S.) (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakurai.T., Kataoka.K.
  • 出版者: Wiley(in press)
• [図書] バイオ電気化学の実際-バイオセンサ・バイオ電池の実用展開-(池田篤治編) (2007)
  • 著者名/発表者名: マルチ銅オキシダーゼ, 櫻井武
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考]
  • URL: http://biochem.web.fc2.com/index.html
• [備考]
  • URL: http://biochem.web.fc2.com/index.html
• [備考]
  • URL: http://chem.s.kanazavva-u.ac.jp/bio/index.html
• [備考]
  • URL: http://chem.s.kanazawa-u.ac.jp/bio/index.html
• [産業財産権] 電極触媒,酵素電極,燃料電池およびバイオセンサ (2009)
  • 発明者名: 片岡邦重, 櫻井武, 前田康雄, 伊藤喬洋
  • 権利者名: 金沢大学
  • 産業財産権番号: 2009-028988
  • 出願年月日: 2009-02-10
• [産業財産権] 電極触媒、酵素電極、燃料電池及びバイオセンサ (2009)
  • 発明者名: 片岡邦重, 他3名
  • 権利者名: 片岡邦重, 他3名
  • 産業財産権番号: 2009-028988
  • 出願年月日: 2009-02-10