| 研究課題/領域番号 |
20H03204
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43030:機能生物化学関連
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
高橋 康弘 埼玉大学, 理工学研究科, 名誉教授 (10154874)
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| 研究分担者 |
藤城 貴史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20740450)
和田 啓 宮崎大学, 医学部, 准教授 (80379304)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | 鉄硫黄クラスター / 鉄硫黄タンパク質 / 生合成 / マシナリー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
鉄硫黄（Fe-S）タンパク質は、コファクターとして [2Fe-2S]、[4Fe-4S] などのFe-Sクラスターを持つタンパク質の総称であり、エネルギー代謝から、遺伝子発現の制御にいたるまで、生命活動の根幹を担っている。本研究では、２種類のFe-Sクラスター生合成系、ISCとSUFマシナリーが、それぞれどのようにしてFe-Sクラスターを組み立てるのかという、生合成反応の核心部分を明らかにすることを目的とする。さまざまな解析手法を結集して、“Fe-Sクラスターの中間体”ならびに“構造変換”を捉え、“過渡的な中間状態”の解明に挑む。
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| 研究実績の概要 |
1) IscUは、ISCマシナリーにおいてFe-Sクラスターの組み立てを担う中核成分である。われわれは2021年度、会合面に２つの [2Fe-2S] クラスターを集積した、対称的な二量体構造を明らかにしている。本年（2022年）度は、IscUのD40A/H106A二重変異型が、野生型とは異なる非対称な二量体を形成すること、また二量体を架橋する形で１つの [2Fe-2S] クラスターを持つことを明らかにした。これらの構造は、IscUにおけるFe-Sクラスターの配位構造や二量体の会合様式に、著しい柔軟性があることを示している。
2) シクロセリンは、結核の治療などに用いられる抗生物質であり、D-体とL-体の２つの異なる光学異性体が知られている。これら２つの異なるシクロセリン光学異性体が、鉄硫黄クラスター生合成系SUFマシナリーのPLP依存性システイン脱硫酵素SufSに対して、それぞれ異なる機構で阻害作用を示すことを明らかにした。この結果は、病原性微生物による感染症治療において、SufSを標的とする新たな創薬の可能性を示すものである。
3) 偏性嫌気性のバクテリアやアーキアの中には、sufBとsufCのみをコードしている（sufD, sufS, sufE, sufU, isc関連遺伝子を持たない）ものが見られる。その一つについて結晶構造を決定し、SufB2C2複合体を形成することを明らかにした。また、大腸菌のFe-Sクラスター生合成欠損株で発現させて異種間での相補能を検討したところ、嫌気かつNa2Sを添加した培養条件でのみ相補することを見出した。したがって、このSufB2C2複合体は、嫌気条件下で遊離のS2-（HS-）を硫黄源とする、Fe-Sクラスター生合成系のプロトタイプと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
IscUの二量体構造の柔軟性を解き明かしたこと、またSufB2C2複合体がFe-Sクラスター生合成系のプロトタイプとして機能することを見出したことで、作動機構に関する重要な示唆を得ることができた。研究計画は概ね順調に進展していると評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
IscUについては、Fe-Sクラスター近傍のアミノ酸に対して、さらに系統的な変異導入を試みる。[4Fe-4S] クラスターを安定に保持することのできる変異型が得られれば、EPRなどの分光学的な解析と結晶構造解析により、クラスター変換におけるメカニズムの詳細を立体構造に基づいて具体的に明らかにする。
SUFマシナリーについては、SufB2C2複合体にフォーカスして解析を進める。Fe-Sクラスター中間体を保持したホロ型が得られれば、分光学的解析ならびにX線結晶構造解析によって実体を明らかにする。
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