逆分子進化法によるヘモグロビン進化過程の解明

• 研究課題/領域番号: 22570217
• 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, 生命機能学部, 教授 (50028528)
• 研究分担者: 松尾 高稔 法政大学, マイクロ・ナノテクノロジー, 研究員 (00500737) ; 中川 太郎 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 助手 (30401889)
• 連携研究者: 長井 雅子 (60019578)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2012年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2011年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2010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: ヘモグロビン / 分子進化 / 祖先型蛋白質 / 硬骨魚類 / 円口類 / 魚類

研究概要

脊椎動物の祖先型ヘモグロビン(Hb)が分子進化の過程において高次機能を獲得するべく自然が行った蛋白質分子設計の原理を読み取ることを目的とする研究を行った。硬骨魚類ならびに円口類の祖先型Hbの遺伝子を設計・合成し、それを大腸菌内で発現させて目的の祖先型Hbを得た。硬骨魚類の祖先型Hbは、ルート効果を示唆する強いボーア効果と弱い協同作用を示し、硬骨魚類に特有の特性をもつことが分かった。円口類祖先型Hbは弱いボーア効果と協同作用を示し、これらの効果がみられない天然型ヤツメウナギHbと対照的であった。

研究成果

• [雑誌論文] Near-UVcircular dichroism and UV resonance Ramanspectra of individual tryptophan residues inhuman hemoglobin and their changes uponthe quaternary st (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagai, M, Nagatomo, S, Nagai, Y, Ohkubo,K, Imai, K, and Kitagawa, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 ページ: 5932-5941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between oxygen affinity and autoxodation of myoglobin. (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata, T, Matsumoto, D;, Nishimura, R, Tai, H, Matsuoka, A, Nagao, S, Matsuo, T, Hirata, S, Imai, K, Neya, S, Suzuki, A. and Yamamoto, T.
  • 雑誌名: Inorg. Chem 巻: 51 ページ: 11955-11960
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-UV circular dichroism and UV resonance Raman spectra of individual tryptophan residues in human hemoglobin and their changes upon the quaternary structure transition (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagai, M.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 ページ: 5932-5941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between oxygen affinity and autoxodation of myoglobin (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibata, T.
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 51 ページ: 11955-11960
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences between protein dynamics of hemoglobin upon dissociation of oxygen and carbon monoxide (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuka Murakami
  • 雑誌名: J.Amer.Chem.Soc. 巻: 134 ページ: 1434-1437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast protein dynamics of hemoglobin as studied by picosecond time-resoolved resonance Raman spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: Chem.Phys. 巻: 396 ページ: 45-52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Allosteric models of hemoglobin, still evolving, In Hemoglobin: Recent Developments and Topics (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Fujimoto and K. Imai
  • 雑誌名: Research Signpost, Kerala, India (M. Nagai, ed.) ページ: 161-177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of oxygen binding properties of the individual subunits of intact human adult hemoglobin (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sato, H. Tai, S. Nagatomo, K. Imai and Y.Yamamoto
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 84 ページ: 1107-1111
  • NAID: 10030215259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Allosteric models of hemoglobin, still evolving (2011)
  • 著者名/発表者名: Hisataka Fujimoto
  • 雑誌名: In Hemoglobin : Recent Developments and Topics ページ: 161-177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of oxygen binding properties of the individual subunits of intact human adult hemoglobin (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Sato
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. 巻: 84 ページ: 1107-1111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular insight into intrinsic heme distortion in ligand binding in hemoprotein (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Neya, M. Suzuki, T. Hoshino, H. Ode, K. Imai, T. Komatsu, A. Ikezaki, M. Nakamura,Y. Furutani and H. Kandon
  • 雑誌名: Biochemistry. 巻: Vol. 49 ページ: 5642-5650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of heme modification on oxygen affinity of myoglobin and equilibrium of the acid-alkaline transition in metmyoglobin (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, S. Nagao, M. Fukaya, H. Tai, S.Nagatomo, K. Morihashi, T. Matsuo, S. Hirota, A. Suzuki, K. Imai and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: Vol. 132 ページ: 6091-6098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in coordination states of substituted tyrosine residues and quaternary structures among hemoglobin M probed by resonance 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 and T. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Biol. Inorg. Chem. 巻: Vol. 15 ページ: 147-158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in coordination states of substituted tyrosine residues and quaternary structures among hemoglobin M probed by resonance Raman spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Yayoi Aki
  • 雑誌名: J.Biol.Inorg.Chem. 巻: 15 ページ: 147-158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular insight into intrinsic heme distortion in ligand binding in hemoprotein (2010)
  • 著者名/発表者名: Saburo Neya
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 49 ページ: 5642-5650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of heme modification on oxygen affinity of myoglobin and Equilibrium of the acid-alkaline transition in metmyoglobin (2010)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Shibata
  • 雑誌名: J.Amer.Chem.Soc. 巻: 132 ページ: 6091-6098
  • 査読あり
• [学会発表] 硬骨魚類の祖先型ヘモグロビン Node296α・Node203β 遺伝子設計・合成お よび大腸菌内発現 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉山 将,松尾高稔,関 一葉,中川太郎,今井 清博
  • 学会等名: マイクロ・ナノテクノロジー研究センター開設 10 周年記 念シンポジウム
  • 発表場所: 法政大学,東京都
  • 年月日: 2012-10-13
• [学会発表] ヤツメウナギ由来の祖先型ヘモグロビン遺伝子(node25)の発現系構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 幕晋一,松尾高稔,中川太郎,今井清博
  • 学会等名: マイクロ・ナノテクノロジー研究センター開設10周年記念シンポジウム
  • 発表場所: 法政大学,東京都
  • 年月日: 2012-10-13
• [学会発表] Expression of ancestral Cyclstomes hemoglobin Node23 gene in Escherichia coli (2012)
  • 著者名/発表者名: 松尾高稔,喜多かつら,尾澤雄太,中川太郎,今井清博
  • 学会等名: マイクロ・ナノテクノ ロジー研究センター開設10周年記念シンポジウム
  • 発表場所: 法政大学東京都
  • 年月日: 2012-10-13
• [学会発表] 硬骨魚類由来の祖先型ヘモグロビン遺伝子の設計・合成および発現 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶原弘毅
  • 学会等名: 関東地区生物物理研究会
  • 発表場所: 東京農工大学・小金井キャンパス
  • 年月日: 2012-03-06
• [学会発表] ヤツメウナギの祖先型ヘモグロビン遺伝子(node25)の発現系構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 幕晋一
  • 学会等名: 関東地区生物物理研究会
  • 発表場所: 東京農工大学・小金井キャンパス
  • 年月日: 2012-03-06
• [学会発表] サツマハオリムシ(Lamellibrachia satsuma)の巨大V1ヘモグロビンの機能特性解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中川太郎
  • 学会等名: ブルーアース'12シンポジウム
  • 発表場所: 東京海洋大学・品川キャンパス
  • 年月日: 2012-02-22
• [学会発表] ヒトヘモグロビンの酸素結合機能にお ける近位ヒスチジンの役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 丸山夏未,安芸弥生,長井幸史,今井清博,長友重紀,小倉尚志,北川禎三,長井雅子
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会(2P-357
  • 発表場所: 福岡国際会議場,マリンメッセ 福岡,福岡県
• [学会発表] ヒトヘモグロビンのα鎖の近位ヒスチジンのグリシンへの置換が構造と酸素結合機能に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安芸弥生,長井幸史,今井清博,長友重紀,小倉尚志,北川禎三,長井雅子
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学,愛知県
• [学会発表] ヒトヘモグロビンのβ145Tyr の Thr または Leu への置換が機能と構造に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 一居桃子,長井幸史,今井清博,長井雅子
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学,愛知県
• [学会発表] ヘモグロビンの自動酸化速度に対する糖類の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上原 航,今井清博
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学,愛知県
• [学会発表] 硬骨魚類の祖先型 ヘモグロビン遺伝子の設計・合成および その大腸菌内発現 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉山 将, 松尾高稔, 関 一葉, 長井幸史, 中川太郎,今井清博
  • 学会等名: 第50回日本生物物 理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学愛知県
• [学会発表] トリプトファンの 近紫外円二色性及び紫外共鳴ラマンに基 づ くヘモ グロビ ンの 四次構 造変化 の解 明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子,長友重紀,長井幸史,大久保賢一, 今井清博,北川禎三
  • 学会等名: 第39回生体分子科学討論会要旨集
  • 発表場所: 東北大学,宮城県
• [学会発表] ヒトヘモグロビンの酸素結合機能における近位ヒスチジンの役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 丸山夏未
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県）
• [学会発表] ヒトヘモグロビンのα鎖の近位ヒスチジンのグリシンへの置換が構造と酸素結合機能に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安芸弥生
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] ヒトヘモグロビンのβ145TyrのThrまたはLeuへの置換が機能と構造に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 一居桃子
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] ヘモグロビンの自動酸化速度に対する糖類の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上原 航
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] 硬骨魚類の祖先型ヘモグロビン遺伝子の設計・合成およびその大腸菌内発現 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉山 将
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] トリプトファンの近紫外円二色性及び紫外共鳴ラマンに基づくヘモグロビンの四次構造変化の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子
  • 学会等名: 第3９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] 遠位ヒスチジンをロイシンに置換したミオグロビンにおける酸素親和性調節と自動酸化反応の分子機構の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西山康太郎
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • 発表場所: 慶應義塾大学・日吉キャンパス
• [学会発表] ウマミオグロビン二量体の立体構造および酸素結合特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長尾聡
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • 発表場所: 慶應義塾大学・日吉キャンパス
• [学会発表] Design and synthesis of ancestral Osteichthes hemoglobins by reverse molecular phylogenetic analyses (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶原弘毅
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Effects of the side chains of the heme on circular dichroism (CD) of myoglobin (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林智香
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] サツマハオリムシおよびヒゲムシ(環形動物)の巨大ヘモグロビンの生理機能と構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中川太郎
  • 学会等名: 日本比較免疫学会第23回学術集会シンポジウムI.深海生物の共生
  • 発表場所: 独立行政法人海洋研究開発機構・横浜研究所(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] ミオグロビンの機能調節機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村龍、松本大地、西山康太郎、柴田友和、深谷昌史、太虎林、長尾聡、松尾貴史、廣田俊、鈴木秋弘、今井清博、石上泉、小倉尚志、根矢三郎、庄司長三、渡辺芳人、山本泰彦
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学,茨城県
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] ヘモグロビン、ミオグロビンのヘム由来の誘起円二色性(CD) (2011)
  • 著者名/発表者名: 長井雅子
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] ミオグロビンの機能調節機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村龍
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] サツマハオリムシ(Lamellibrachia satsuma)の2種類の細胞外巨大ヘモグロビンの機能特性解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中川太郎
  • 学会等名: ブルーアース'11シンポジウム
  • 発表場所: 東京海洋大学 品川キャンパス
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Functional characterization of the two extracellular giant hemoglobins of tubeworm Lamellibrachia satsuma (2010)
  • 著者名/発表者名: Taro Nakagawa
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会 第83回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸国際展示場
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Ancestral hemoglobins of Cyclostomes and Osteichthyes as studied by reverse-molecular phylogenetic analyses (2010)
  • 著者名/発表者名: Taro Nakagawa
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会 第83回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸国際展示場
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] High-level production of the giant hemoglobin subunits of Oligobrachia mashikoi by using Escherichia coli expression systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Taro Nakagawa
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会 第83回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸国際展示場
  • 年月日: 2010-12-09
• [学会発表] 環形動物巨大ヘモグロビンのoxy型とdeoxy型の立体構造 (2010)
  • 著者名/発表者名: 沼本修孝
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会 第83回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Involvement of aromatic residues in the quaternary structure Transition of human hemoglobin : A near-UV circular dichroism (2010)
  • 著者名/発表者名: Masako Nagai
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] Ancestral hemoglobin of Cyclostomata and Osteichthyes as studied By reverse-molecular phylogenetic analyses (2010)
  • 著者名/発表者名: Taro Nakagawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Hemoglobin with Cys-93b treated with N-ethylmaleimide shows Smaller dissociation into dieters (2010)
  • 著者名/発表者名: Takanori Inao
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2010-09-21