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一酸化窒素から酸素分子を産生する金属酵素の同定

研究課題

研究課題/領域番号 19K22208
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分34:無機・錯体化学、分析化学およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

當舎 武彦  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (00548993)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード一酸化窒素 / 金属酵素 / 嫌気的メタン酸化 / 酸素発生 / 不均化 / ヘム / 酸素分子発生
研究開始時の研究の概要

NO不均化反応(2NO → N2 + O2)を触媒すると推定されているNO不均化酵素(NOD)を研究対象とする。NODの配列をもつ遺伝子を入手し、大腸菌での発現系を構築する。精製したNODの機能解析を行い、NO不均化活性を示すか調べる。機能をもつNODが調製できれば、時間分解分光計測や構造解析から、NODの構造機能相関および酵素反応機構を解明する。得られる結果を基盤に、これまでに報告例のない酵素によるNO不均化反応の分子機構を提案する。

研究成果の概要

メタンの嫌気的酸化によりエネルギーを得ている細菌(Candidatus Methylomirabilis oxyfera)において、酸素分子の発生を担っていると推測されている一酸化窒素不均化酵素(Nitric Oxide Dismutase:NOD)の組み換え体の大腸菌による発現・精製を試みた。NODを発現させた大腸菌の細胞膜からNODを高純度に精製することができ、アミノ酸配列から推察されるとおりヘムを含むことを示唆する吸収帯を可視領域に観測することができた。しかし、精製試料の機能を調べたところ、明瞭な一酸化窒素不均化活性を観測することはできなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

NODにおいて提案されている一酸化窒素(NO)の不均化反応(2NO → O2 + N2)は、これまでに報告例のない生体内反応であり、その反応機構の理解は、生化学分野のみならず錯体化学・触媒化学分野など多くの研究分野において、ブレークスルーをもたらすと期待される。本研究では、NOD特有の機能を解析するまでにはいたらなかったが、NODタンパク質を組み換え体として発現させ精製することができた。本成果を土台として今後の研究が進むことで、NODの構造機能に関する理解が進み、新たなケミストリーが展開されることを期待したい。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] University of Liverpool/University of Leeds(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] NO Dynamics in Microbial Denitrification System2021

    • 著者名/発表者名
      Tosha Takehiko、Yamagiwa Raika、Sawai Hitomi、Shiro Yoshitsugu
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 2 ページ: 280-288

    • DOI

      10.1246/cl.200629

    • NAID

      130007986360

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Timing of NO Binding and Protonation in the Catalytic Reaction of Bacterial Nitric Oxide Reductase as Established by Time-Resolved Spectroscopy.2020

    • 著者名/発表者名
      Hanae Takeda, Tatsunari Kimura, Takashi Nomura, Masaki Horitani, Azusa Yokota, Akiko Matsubayashi, Shoko Ishii, Yoshitsugu Shiro, Minoru Kubo and Takehiko Tosha
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: - 号: 7 ページ: 825-833

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200038

    • NAID

      130007879554

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time-resolved studies of metalloproteins using X-ray free electron laser radiation at SACLA2020

    • 著者名/発表者名
      Suga Michihiro、Shimada Atsuhiro、Akita Fusamichi、Shen Jian-Ren、Tosha Takehiko、Sugimoto Hiroshi
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: 1864 号: 2 ページ: 129466-129466

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2019.129466

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dimeric structures of quinol-dependent nitric oxide reductases (qNORs) revealed by cryo-electron microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Gopalasingam Chai C.、Johnson Rachel M.、Chiduza George N.、Tosha Takehiko、Yamamoto Masaki、Shiro Yoshitsugu、Antonyuk Svetlana V.、Muench Stephen P.、Hasnain S. Samar
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 号: 8

    • DOI

      10.1126/sciadv.aax1803

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hijacking the Heme Acquisition System of Pseudomonas aeruginosa for the Delivery of Phthalocyanine as an Antimicrobial2019

    • 著者名/発表者名
      Shisaka Yuma、Iwai Yusuke、Yamada Shiho、Uehara Hiromu、Tosha Takehiko、Sugimoto Hiroshi、Shiro Yoshitsugu、Stanfield Joshua K.、Ogawa Kazuya、Watanabe Yoshihito、Shoji Osami
    • 雑誌名

      ACS Chemical Biology

      巻: 14 号: 7 ページ: 1637-1642

    • DOI

      10.1021/acschembio.9b00373

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SACLAを利用した酵素反応の可視化2019

    • 著者名/発表者名
      TOSHA Takehiko、KUBO Minoru
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 59 号: 4 ページ: 205-207

    • DOI

      10.2142/biophys.59.205

    • NAID

      130007683542

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 光解離性ケージド基質を利用した時間分解構造解析による酵素反応の可視化2020

    • 著者名/発表者名
      當舎武彦
    • 学会等名
      日本薬学会第141回年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ秒時間領域で形成される一酸化窒素還元酵素反応中間体の分光解析2020

    • 著者名/発表者名
      當舎武彦
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 構造生物学におけるXFELと放射光の相補的利用~金属酵素の反応機構解明を目指して~2020

    • 著者名/発表者名
      當舎武彦
    • 学会等名
      放射光ユーザーのためのSACLAの利活用に関するワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 時間分解結晶構造解析および分光解析が明らかにする金属酵素による一酸化窒素分解機構2020

    • 著者名/発表者名
      當舎武彦
    • 学会等名
      第2回量子線科学セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Elucidation of NO reduction mechanism in soluble NO reductase by time-resolved crystallography with photosensitive caged compound2019

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Tosha
    • 学会等名
      32nd European Crystallographic Meeting (ECM32)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanism of P450nor-Catalyzed NO Reduction Proved by Time-Resolved Spectroscopic and Crystallographic Analyses2019

    • 著者名/発表者名
      T. Tosha, T. Nomura, H. Takeda, T. Kimura, H. Sugimoto, M. Kubo and Y. Shiro
    • 学会等名
      19th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional roles of conserved residues near the active site of nitric oxide reductase based on the structural analysis2019

    • 著者名/発表者名
      當舎武彦、山際来佳、倉橋拓也、新井博之、杉本宏、城宜嗣
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] NO-binding and protonation process in the catalytic reaction of the bacterial Nitric oxide reductase as established by time-resolved spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      武田英恵、木村哲就、野村高志、當舎武彦、城宜嗣、久保稔
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] NO-binding and Protonation Process in the Catalytic Reaction of Heme/non-heme Iron Nitric Oxide Reductase Proved by Time-Resolved Spectroscopic System2019

    • 著者名/発表者名
      H. Takeda, T. Kimura, T. Nomura, T. Tosha, Y. Shiro, M. Kubo
    • 学会等名
      15th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry(ISABIC)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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