時分割Ｘ線および中性子解析によるシトクロムb5還元酵素の触媒機構の全容解明

• 研究課題/領域番号: 25440037
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016); 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2013-2015)
• 研究代表者: 玉田 太郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (50391248)
• 研究分担者: 平野 優 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 研究員(定常) (80710772)
• 連携研究者: 木村 成伸 茨城大学, 工学部, 教授 (90291608)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013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: 酸化還元酵素 / 高分解能Ｘ線結晶構造解析 / 中性子結晶構造解析 / 高分解能X線結晶構造解析 / 時分割Ｘ線結晶解析

研究成果の概要

NADHシトクロムb5還元酵素(b5R)が触媒する酸化還元サイクルの原子レベルでの全容解明を目指して、b5Rおよび電子受容体であるシトクロムb5(b5)の高分解能X線結晶構造解析を実施した。b5R酸化型の0.78Å分解能でのX線構造解析では、多極子解析を適用することにより価電子分布の視覚化を実現した。また、還元型から再酸化型への時分割解析によって、酸化還元サイクル中の動的変化を捉えることにも成功した。さらに、b5の1Åを上回る高分解能での構造解析に成功し、酸化型と還元型間の微細な構造変化を捉えることができた。b5R酸化型については、中性子回折実験を実施し1.4Å分解能の回折データを収集した。

研究成果

• [雑誌論文] Distribution of valence electrons of the flavin cofactor in NADH-cytochrome b5 reductase (2017)
  • 著者名/発表者名: Takaba, K., Takeda, K., Kosugi, M., Tamada, T. and Miki, K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 43162-43162
  • DOI: 10.1038/srep43162
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-resolution crystal structures of the solubilized domain of porcine cytochrome b5 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, Y., Kimura, S. and Tamada, T.
  • 雑誌名: Acta Crystallograhica D 巻: 71 号: 7 ページ: 1572-1581
  • DOI: 10.1107/s1399004715009438
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elucidations of the Catalytic Cycle of NADH-cytochrome b5 reductase by X-Ray Crystallography: New Insights into Regulation of Efficient Electron Transfer (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamada, M., Tamada, T., Takeda, K., Matsumoto, F., Ohno, H., Kosugi, M., Takaba, K., Shoyama, Y., Kimura, S., Kuroki, R. and Miki, K.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 425 号: 22 ページ: 4295-4306
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2013.06.010
  • 査読あり
• [学会発表] Neutron Protein Crystallography in Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamada, T.
  • 学会等名: Neutron Biology for Next Generation
  • 発表場所: Tokai, Japan
  • 年月日: 2017-03-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-resolution crystal structures of the heme-binding domain of cytochrome b5 from porcine liver (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirano, Y., Kimura, S. and Tamada, T.
  • 学会等名: 5th International Symposium on Diffraction Structural Biology (ISDSB2016)
  • 発表場所: ノックスビル（米国）
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] High-resolution neutron crystal structural studies of electron transfer proteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Tamada, T.
  • 学会等名: IPR International Symposium, 2016 Taiwan-Japan Joint Symposium of Crystallography
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-06-23
  • 国際学会
• [学会発表] ブタ肝臓由来シトクロムb5ヘム結合ドメインの高分解能結晶構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平野 優、木村 成伸、玉田 太郎
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2016-06-07
• [学会発表] J-PARCを利用したタンパク質中性子結晶構造解析の現状と今後 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田太郎、平野優、友寄克亮、栗原和男
  • 学会等名: 平成27年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 大阪府立大学（大阪府堺市）
  • 年月日: 2015-10-17
• [学会発表] 中性子を用いたタンパク質立体構造解析と産業応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田太郎
  • 学会等名: 第5回CSJ化学フェスタ
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-10-13
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子を用いたタンパク質結晶構造解析の現状と今後 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田太郎
  • 学会等名: ERATO第25回タンパク質関連情報交換会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2015-07-22
  • 招待講演
• [学会発表] 電子伝達タンパク質の高分解能中性子結晶構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉田太郎
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2015-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] 電子伝達タンパク質の中性子構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平野優、栗原和男、玉田太郎、日下勝弘、三木邦夫
  • 学会等名: 日本中性子科学会第１４回年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] NADH-シトクロムb5還元酵素の中性子構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平野優、山田貢、栗原和男、正山祥生、黒木良太、日下勝弘、木村成伸、竹田一旗、三木邦夫、玉田太郎
  • 学会等名: 平成２６年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [学会発表] Preliminary Neutron Diffraction Studies of NADH-Cytochrome b5 Reductase at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirano, M. Yamada, K. Kurihara, K. Kusaka, S. Kimura, K. Miki, T. Tamada
  • 学会等名: The 2nd International Symposium Science at J-PARC
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] ブタ肝臓由来シトクロムb5の高分解能X線結晶構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平野優、木村成伸、玉田太郎
  • 学会等名: 第１４回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] Elucidations of the Catalytic Cycle of NADH-cytochrome b5 reductase by X-Ray Crystallography (2013)
  • 著者名/発表者名: Tamada, T., Yamada, M., Takeda, K., Matsumoto, F., Kimura, S., Kuroki, R. and Miki, K.
  • 学会等名: International Conference on Structural Genomics 2013
  • 発表場所: Sapporo, Japan