逆分子進化法によるヘム蛋白質高次機能獲得の実験的検証

• 研究課題/領域番号: 19570222
• 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: 進化生物学
• 研究機関: 法政大学
• 研究代表者: 今井 清博 法政大学, 生命科学部, 教授 (50028528)
• 研究分担者: 常重 アントニオ 法政大学, 生命科学部, 教授 (30409346) ; 長井 雅子 金沢大学, 名誉教授 (60019578)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2009年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2008年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2007年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ヘム蛋白質 / 分子進化 / 分子設計 / 祖先型 / 遺伝子組換え / ミオグロビン / ヘモグロビン / 祖先型蛋白質 / 逆分子進化 / 進化系統樹

研究概要

現在知られている多数のミオグロビン蛋白質の配列データに基づき、現存しない2種の古代生物すなわち哺乳類祖先型と魚類祖先型のミオグロビンのアミノ酸配列を予測し(逆分子進化)、それらを大腸菌内で合成した。これらの祖先型ミオグロビンは、現存する近縁種すなわちキタアメリカオポッサムとゼブラフィッシュのミオグロビンに比べて、酸素結合力が強く、構造が安定で、自動酸化速度は遅いことが分かった。したがって、ミオグロビンは、哺乳類と魚類においては、構造安定性や自動酸化性を犠牲にし、酸素結合機能の環境適応を優先して進化したと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Diffrerences in coordination states of substituted tyrosine residues and quaternary structures among hemoglobin M probed by resonacne Raman spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Aki, M. Nagai, Y. Nagai, K. Imai, M. Aki, A. Sato, M. Kubo, S. Nagatomo, T. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Biol. Inorg. Chem. 15 ページ: 147-158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffrerences in coordination states of substituted tyrosine residues and quaternary structures among hemoglobin M probed by resonacne Raman spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Aki
  • 雑誌名: J.Biol.lnorg.Chem. 15 ページ: 147-158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional evaluation of iron oxypyriporphyrin in protein heme pocket (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Neya, M. Suzuki, H. Ode, T. Hashimoto, Y. Furutani, H. Kandori, H. Hori, K. Imai, T. Komatsu
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 47 ページ: 10771-10778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of reversed heme orientation on circular dichroism and cooperative oxygen binding of human adult hemoglobin (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagai, Y. Nagai, Y. Aki, K. Imai, Y. Wada, S. Nagatomo, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 517-525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction in hemoglobin-oxygen affinity results in the improvement of exercise capacity in mice with chronic heart failure (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, T. Takeda, S. Omiya, S. Hikoso, O. Yamaguchi, Y. Nakano, Y. Higuchi, A. Nakai, Y. Abe, Y. Aki-Jin, M. Taniike, I. Mizote, Y. Matsumura, T. Shimizu, K. Nishida, K. Imai, M. Hori, T. Shirasawa, K. Otsu
  • 雑誌名: J. Amer. College Cardiol. 52 ページ: 779-786
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional evaluation of iron oxypyriporphyrin in protein heme pocket (2008)
  • 著者名/発表者名: Neya, S.
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 47 ページ: 10771-10778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of reversed heme or ientation on ci rcular dichroism and cooperative oxygen binding of human adult hemoglobin (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagai, M.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 517-525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction in hemoglobin-oxygen affinity results in the improvement of exercise capacity in mice with chronic heart failure (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T.
  • 雑誌名: J. Amer. College Cardiol. 52 ページ: 779-786
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygenation properties of extracellular giant hemoglobin from Oligobrachia mashikoi (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Aki, T. Nakagawa, M. Nagai, Y. Sasayama, Y. Fukumori, K. Imai
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Res. Commun 360 ページ: 673-678
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes of near-UV CD spectra of human hemoglobin upon the R→T quaternary structure transition (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Aki-Jin, Y. Nagai, K. Imai, M. Nagai
  • 雑誌名: ACS Symposium Series on New Approaches in Biomedical Spectroscopy 963 ページ: 297-311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heme orientational disorder in human adult hemoglobin reconstituted with a ring Fluorinated heme and its functional consequences (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Nagao, Y. Hirai, S. Kawano, K. Imai, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 354(3) ページ: 681-685
  • 査読あり
• [雑誌論文] 哺乳類ヘモグロビンの協同作用とボーア効果は協調して酸素の獲得と輸送を行っている-規範タンパク質における新たな視点- (2007)
  • 著者名/発表者名: 張岩、今井清博、小林道頼
  • 雑誌名: 生物物理 47 ページ: 167-173
  • NAID: 110006273084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kosmotropic Salts from the Hofmeister Series Decrease the Oxygen Affinity of Human Hemoglobin A (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuneshsige
  • 雑誌名: Fronteras Cientificas en el Siglo 21 ページ: 93-101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Method for Determination of Association and Dissociation Rate Constants of Reversible Bimolecular Reactions by Isothermal Titration Calorimetry (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuneshige
  • 雑誌名: Anal. Chem. 79 ページ: 2972-2978
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heme orientational disorder in human adult hemoglobin recons tituted with a ring fluorinated heme and its functional consequences (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagao, S.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 354 ページ: 681-685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ghanges of near-UV CD spectra of human hemoglobin upon the R→T quaternary structure transition (2007)
  • 著者名/発表者名: Aki-Jin, Y.
  • 雑誌名: New Approaches in Biomedical Spectroscopy (ACS symposium series) 963 ページ: 297-311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygenation properties of extracellular giant hemoglobin from Oligobrachia Mashiko (2007)
  • 著者名/発表者名: Aki, Y.
  • 雑誌名: Biochim. Biophya. Res. Commun 360 ページ: 673-678
  • 査読あり
• [雑誌論文] 哺乳類ヘモグロビンの協同作用とボーア効果は協調して酸素の獲得と輸送を行っている-規範タンパク質における新たな視点- (2007)
  • 著者名/発表者名: 張 岩
  • 雑誌名: 生物物理 47 ページ: 167-173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kosmotropic Salts from the Hofmeister Series Decrease the Oxygen Affinity of Human Hemoglobin A (2007)
  • 著者名/発表者名: Tsuneshige, A.
  • 雑誌名: Fronteras Cientlficas en el Siglo XXI ページ: 93-101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Method for Determination of Association and Dissociation Rate Constants of Reversible Bimolecular Reactions by Isothermal Titration Calorimetry (2007)
  • 著者名/発表者名: Tsuneshige, A.
  • 雑誌名: Anal.Chem 79 ページ: 2972-2978
  • 査読あり
• [学会発表] Hemoglobin as the normative protein (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Imai
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Structure and function of Root effect fish hemoglobins (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Unzai
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Tetramer-dimer equilibrium of chemically modified hemoglobin as studied by protein concentration-dependences of the oxygen equilibrium curve (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Inao
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Effect of Kosmotropic and Chaotropic solutes on the assembly of protein macromolecular structures (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Yashiro
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Coordiation states of proximal or distal tyrosine residue in hemoglobins M and their quaternary structures probed by resonance Raman spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Aki
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島文理大学
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] ヘム側鎖の修飾がミオグロビンの酸素親和性と酸塩基平衡に与える影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田友和、水関和哉、長尾聡、太虎林、長友重紀、鈴木秋弘、今井清博、山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会第89回春期年会
  • 発表場所: 日大工学部(船橋市)
• [学会発表] Relationship between oxygen affinity of myoglobin and the equililbrium constant of acid- alkaline transition in metmyoglobin (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, K. Mizuseki, S. Nagao, H. Tai, S. Nagatomo, A. Suzuki, K. Imai, Y. Yamamoto
  • 学会等名: 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] Hemoglobin as the normative protein (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Imai
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会「Symposium "Hemoglobin revisted"」
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] Structure and function of Root effect fish hemoglobins (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Unzai, K. Imai, T. Yokoyama, S. Park, K. Nagai, J. Tame
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会「シンポジウム"ヘモグロビンはいま"」
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] Coordiation states of proximal or distal tyrosine residue in hemoglobins M and their quaternary structures probed by resonance Raman spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Aki, M. Nagai, K. Imai, M. Aki, T. Kitagawa
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] Tetramer-dimer equilibrium of chemically modified hemoglobin as studied by protein concentration- dependences of the oxygen equilibrium curve (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Inao, S. Kuriyama, K. Imai
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] Relationship between oxygen affinity of myoglobin and the equililbrium constant of acid-alkaline transition in metmyoglobin (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Shibata
  • 学会等名: 14^<th> International Conference on Biological lnorganic Chemistry
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] ヘム側鎖の修飾がミオグロビンの酸素親和性と酸塩基平衡に与える影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田 友和
  • 学会等名: 日本化学会第89回春季年会
  • 発表場所: 日大理工学部(船橋市)
• [学会発表] 規範蛋白質としてのヘモグロビン (2008)
  • 著者名/発表者名: 今井清博
  • 学会等名: 兵庫県立大学大学院生命理学研究科グローバルCOEプログラム「ピコバイオロジー:原子レベルの生命科学」グローバルCOE研究集会:ヘモグロビン-この未知なるもの-
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学技術支援センター
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] ヘモグロビンの基本アロステリック単位 (2008)
  • 著者名/発表者名: 常重アントニオ
  • 学会等名: 兵庫県立大学大学院生命理学研究科グローバルCOEプログラム「ピコバイオロジー:原子レベルの生命科学」グローバルCOE研究集会:ヘモグロビン-この未知なるもの-
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学技術支援センター
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] 規範蛋白質としてのヘモグロビン (2008)
  • 著者名/発表者名: 今井清博
  • 学会等名: 兵庫県立大学大学院生命理学研究科グローバルCOEプログラム「ピコバイオロジー : 原子レベルの生命科学」グローバルCOE研究集会
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学支援センター
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] ヘモグロビンMの構造 : 共鳴ラマン分光による研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子
  • 学会等名: 兵庫県立大学大学院生命理学研究科グローバルCOEプログラム「ピコバイオロジー : 原子レベルの生命科学」グローバルGOE研究集会
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学支援センター
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] ヘモグロビンの基本アロステリック単位 (2008)
  • 著者名/発表者名: 常重アントニオ
  • 学会等名: 兵庫県立大学大学院生命理学研究科グローバルCOEプログラム「ピコバイオロジー : 原子レベルの生命科学」グローバルCOE研究集会
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学支援センター
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] Circular Dichroism and Oxygen Binding Properties of Human Adult Hemoglobin with Reversed Heme (2008)
  • 著者名/発表者名: Nagai, M.
  • 学会等名: The joint Biophysical Society 52nd Annual Meeting and 16th International Biophysics Congress(IUPAB)
  • 発表場所: Long Beach,California,USA
  • 年月日: 2008-02-05
• [学会発表] Environmental alteration of three tryptophan residues in human adult hemoglobin upon ligand binding (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagai, Y. Nagai, Y. Aki, K. Imai, S. Nagatomo, T. Kitagawa
  • 学会等名: Proceedings of the XX1st International Conference on Raman Spectroscopy
  • 発表場所: London
• [学会発表] Circular Dichroism and Oxygen Binding Properties of Human Adult Hemoglobin with Reversed Heme (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nagai, Y. Nagai, Y. Aki, K. Imai, S. Nagatomo, Y. Yamamoto
  • 学会等名: Biophysical Society 52nd Annual Meeting and 16th International Biophysics Congress (IUPAB)
  • 発表場所: Long Beach, California, USA
• [学会発表] 逆配向ヘムをもつヘモグロビンの酸素平衡機能と円二色性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子、長井幸史、今井清博、安芸弥生、長友重紀、山本泰彦
  • 学会等名: 第35回生体分子科学討論会講演要旨集
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学支援センター
• [学会発表] Environmental alteration of three tryptophan residues in human adult hemoglobin (Hb A): A near-UV circular dichroism study (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ohkubo, Y. Aki, K. Imai, Y. Nagai, M. Nagai
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] Functional properties of mersaryl-modified hemoglobin (2) (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kuriyama, Y. Aki, K. Imai
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] Circular dichroism of the extracellular giant hemoglobin from annelied, Oligobrachia mashikoi (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Nakagawa, Y. Fukumori, K. Imai, M. Nagai
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] Temperature- dependences of oxygen binding by myoglobin from animals with different body temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Ishida, M. Hashiride, I. Yamasaki, A. Yasuda, Y. Murakami, M. Ota, Y. Isogai, K. Imai
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] Temperature-dependence of auto- oxidation of ancestral and closely related extant myoglobins (2) (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Ishida, Y. Murakami, A. Yasuda, I. Yamasaki, M. Ota, Y. Isogai, K. Imai
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] Effect of Kosmotropic and chaotropic solutes on an allosteric protein under non-denaturing conditions (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuneshige, Y. Yashiro
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 博多
• [学会発表] Divide et impera -lessons learned from a Roman principle observed in the study of hemoglobin (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsuneshige, A.
  • 学会等名: XVth International Conference on Oxygen Binding and Sensing Proteins
  • 発表場所: Aarhus, Denmark
• [学会発表] Molecular dissection of an allosteric protein by using ionic and non-ionic co-solutes and their impact on its function. a new viewto the hemoglobin system (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsuneshige, A.
  • 学会等名: 43th Biophysical Society Annual Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
• [学会発表] Effect of ionic and non-ionic co-soiutes on the activity of beta-galactosidase (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsuneshige, A.
  • 学会等名: 43th Biophysical Society Annual Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
• [学会発表] 逆配向ヘムをもつヘモグロビンの酸素平衡機能と円二色性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子
  • 学会等名: 第35回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学支援センター
• [学会発表] Environmental alteration of three tryptophan residues in human adult hemoglobin (Hb A) : A near-UV circular dichroism study (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohkubo, K.
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] Functional properties of mersaryI-modified hemoglobin (2) (2008)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama, S.
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] Circular dichroism of the extracellular giant hemoglobin from annelied, 0/igobrachia mashikoi (2008)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, T.
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] Temperature-dependences of oxygen binding by myoglobin from animaIs with different body temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishida, M.
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] Temperature-dependence of autooxidation of ancestra I and closely related extant myoglobins (2) (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishida, M.
  • 学会等名: 第46回生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] マシコヒゲムシ巨大ヘモグロビンの酸素結合特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 安藝 弥生
  • 学会等名: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2007-05-25
• [学会発表] ヒトヘモグロビンにおける3つのトリプトファン残基の酸素結合にともなう変化:近紫外CDおよび紫外共鳴ラマン分光による研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子、長井幸史、小久保昭秀、川口裕貴、安藝弥生、今井清博、長友重紀、北川禎三
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 有髭動物マシコヒゲムシのもつ巨大ヘモグロビンの酸素運搬機能 (2007)
  • 著者名/発表者名: 安藝弥生、中川太郎、長井雅子、笹山雄一、福森義宏、今井清博
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 酸素結合特性に対するpH及び温度の効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石田学、山崎伊織、村上祐太、太田元規、磯貝泰弘、今井清博:組み換え祖先型ミオグロビン
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 祖先型と最近接現存種ミオグロビンの自動酸化反応の温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石田学、村上祐太、安田温、山崎伊織、太田元規、磯貝泰弘、今井清博
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 化学修飾ヘモグロビンの機能特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 栗山紗子、安藝弥生、今井清博
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] ヒトヘモグロビンのおける3つのトリプトファン残基の酸素結合にともなう変化:近紫外CDおよび紫外共鳴ラマン分光による研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 長井 雅子
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 有髭動物マシコヒゲムシのもつ巨大ヘモグロビンの酸素運搬機能 (2007)
  • 著者名/発表者名: 安藝 弥生
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 組み換え祖先型ミオグロビン:酸素結合特性に対するpH及び温度の効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石田 学
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 祖先型と最近接現存種ミオグロビンの自動酸化反応の温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石田 学
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 化学修飾ヘモグロビンの機能特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 栗山 紗子
  • 学会等名: 第45回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [図書] Fronteras Cientificas en el Siglo XXI (Javier Navarro, Ed., Kosmotropic salts from the Hofmeister series decrease the oxygen affinity of human hemoglobin A) (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuneshige, K. Imai, T. Haga
  • 出版者: Editorial Cordillera SAC