| 研究課題/領域番号 |
22K05446
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分38030:応用生物化学関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
北西 健一 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (90815482)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | ヘム / グロビン / ガスセンサー / 病原菌 / c-di-GMP / バイオフィルム / 病原性微生物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、酸素や一酸化窒素ガスの結合によって制御される病原性微生物由来センサータンパク質の構造と機能について、生化学、分光学、物理化学などの手法により詳細かつ多角的に理解する。また、X線結晶構造解析を通して、ガスの結合による構造変化と、それによるセンサータンパク質の活性化の作用機序を原子レベルで解明する。このシステムは、ヒトへの感染時にも利用されていると推定されることから、宿主と病原菌間の攻防を分子レベルで解明できると期待される。以上の構造機能相関解析より、このセンサータンパク質を標的とした新しい治療手段、特に抗菌薬の開発として近い将来応用可能な研究を志向する。
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| 研究実績の概要 |
病原性微生物由来ガスセンサータンパク質（GCS-HD-GYP）の構造と機能に関する研究、さらには創薬への応用を目指し研究を行っている。GCS-HD-GYPはN末端にグロビンドメイン、C末端にc-di-GMP分解酵素（フォスフォジエステラーゼ）活性を持つHD-GYPドメインを持っている。c-di-GMPは近年、微生物の生理活性において重要なセカンドメッセンジャーであることが明らかになってきている。ゲルろ過解析の結果、精製タンパク質はホモ二量体で、 CDスペクトルからヘリックスの多い構造であることがわかった。ミオグロビンやヘモグロビンのようなグロビンタンパク質に特徴的な吸収スペクトルを示し、酸素、一酸化炭素、一酸化窒素などのガス分子が結合することがわかった。HD-GYPドメインは、酵素活性に2価金属イオンを必要とすることから、様々な金属イオン存在下でc-di-GMP分解活性を評価したところ、Mn存在下で活性を示すことがわかった。c-di-GMP分解活性は酸素の結合によって活性化されるのに対して、一酸化窒素の結合によっては不活性化されることがわかった。この結果は他のグロビンセンサーとは異なる興味深い特徴である。また、ガスセンシングに重要なグロビンドメインの結晶化に成功し、3 A程度の分解能の回折データを得た。分子置換法によって、構造解析を行ったところ、ヘム周辺の電子密度が不明瞭であった。より高分解能データの収集を目指し、現在結晶化条件の最適化を行っている。また、結晶化の再現性がよくないので、並行して結晶化スクリーニングも行っていく予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画通り研究は進展している。初年度に得られた結果を学術論文投稿を目指してまとめている。GCS-HD-GYPのグロビンドメインの結晶化に成功している。また、病原菌由来GCS-HD-GYPと相同性のある好熱菌由来タンパク質の結晶化も進めている。また、本研究対象とは別のヘムエリスリンをセンサードメインとして持つセンサータンパク質についても、総説としてまとめることができた(Front. Mol. Biosci. 9, 967059 (2022) )。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は病原性微生物由来ガスセンサータンパク質GCS-HD-GYPの構造解明を目的とし、全長タンパク質、およびグロビンドメインの結晶化を集中的に進めていく。また、病原菌由来タンパク質と相同性があり、より安定性の高い好熱菌由来タンパク質についても結晶化を進めていく。
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