ヘムタンパク質機能の電子論的解明と人工酸素運搬体創製への応用

• 研究課題/領域番号: 26410172
• 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: 生体関連化学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山本 泰彦 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00191453)
• 研究協力者: 柴田 友和
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 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: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: ヘムタンパク質 / ヘム電子構造 / 配位子結合反応 / 機能調節 / 人工酸素運搬体

研究成果の概要

酸素貯蔵ヘムタンパク質ミオグロビンの機能と補欠分子族として存在するヘムの電子構造の関係を解明する研究を行い、ヘム鉄の電子密度がミオグロビンの酸素親和性、酸素と一酸化炭素の識別および自動酸化の調節に重要な役割を果たしていることを明らかにした。ミオグロビンのヘム鉄の電子密度の調節とヘム近傍のアミノ酸残基の置換を通して、ミオグロビンの機能を制御する分子設計指針を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of Heme Electronic Structure and Distal Polar Interaction on Functional and Vibrational Properties of Myoglobin (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanai, R. Nishimura, K. Nishiyama, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, T. Matsuo, S. Hirota, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 55 号: 4 ページ: 1613-1622
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02520
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ferrous Heme Iron in Deoxy Myoglobin Reconstitutedwith Trifluoromethyl Group-Substituted Heme Cofactors (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, Y. Kanai, R. Nishimura, L. Xu, Y. Moritaka, A. Suzuki, S. Neya, M. Nakamura, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 23 ページ: 12128-12136
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b01360
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of the interaction between heme and a parallel G-quadruplexDNA formed from d(TTGAGG) (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, Y. Nakayama, Y. Katahira, H. Tai, Y.Moritaka, Y. Nakano, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: - 号: 5 ページ: 1264-1270
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2016.11.005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of the Interaction between Heme and a Parallel G-quadruplex DNA Formed from d(TTAGGGT) (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Shimizu, H. Tai, K. Saito, T. Shibata, M. Kinoshita, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 88 号: 5 ページ: 644-652
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140374
  • NAID: 130005069506
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NMR Detection and Characterization of I-quartets in Parallel DNA Quadruplexes (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kinoshita, S. Takaya, T. Shibata, H. Hemmi, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 44 号: 8 ページ: 1107-1109
  • DOI: 10.1246/cl.150383
  • NAID: 130005092593
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of Heme-DNA Complexes Composed of Some Chemically Modified Hemes and Parallel G-Quadruplex DNAs (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, M. Kinoshita, Y. Katahira, H. Shimizu, Y. Di, T. Shibata, H. Tai, A. Suzuki, and S. Neya
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 54 号: 49 ページ: 7168-7177
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00989
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of heme modification on oxygen affinity and cooperativity of human adult hemoglobin (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, E. Furuichi, K. Imai, A. Suzuki, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 19 ページ: 301-307
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic control of ligand-binding preference of a myoglobin mutant (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Nishimura, D. Matsumoto, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, H. Tai, T. Matsuo, S. Hirota, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 53 号: 17 ページ: 9156-9165
  • DOI: 10.1021/ic5011924
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the electron density of the heme Fe atom o the Fe-Histidine coordination bond in deoxy myoglobin (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Nishimura, T. Shibata, H. Tai, I. Ishigami, S. Yanagisawa, T. Ogura, S. Neya, A. Suzuki, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 8 ページ: 905-911
  • DOI: 10.1246/bcsj.20130331
  • NAID: 130004153305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural characterization of imidazole adducts of heme-DNA complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, H. Tai, K. Saito, T. Shibata, M. Kinoshita, A. Suzuki, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 18 ページ: 741-751
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Structural Characterization of G-Quadruplex DNAs Formed from Human Telomere-Related Sequences and Their Complexes with Heme (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, K. Ochi, T. Shibata, H. Hemmi, and M. Hagihara
  • 学会等名: 58th Experimental Nuclear Magnetic Resonance Conference (ENC)
  • 発表場所: Asilomar Conference Center（California, USA）
  • 年月日: 2017-03-26
• [学会発表] DNA塩基配列がヘム-DNA複合体の構造と機能に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片平祐弥，柴田友和, 松井亨, 守橋健二, 渡部明莉, 中尾知美, 柳澤幸子, 小倉尚志, 山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 種々のフッ素化ヘムと四重鎖DNA[d(TTAGGG)]4の複合 体の機能と構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠宮僚介, 片平祐弥, 柴田友和, 小倉尚志, 柳澤幸 子, 中尾知美, 鈴木秋弘, 山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ヘムの系統的化学修飾および遠位アミノ酸置換がミオグロビンの機能に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邉美帆, 金井佑生, 西村龍, 柴田友和, 松尾貴史, 廣田俊, 柳澤幸子, 小倉尚志, 鈴木秋弘, 根矢三郎, 山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] デオキシミオグロビンとデオキシ西洋わさびペルオキシダーゼにおけるヘムの電子状態の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 並木孝介, 柴田友和, 鈴木秋弘, 根矢三郎, 山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ヘムと四重鎖DNAの複合体の構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 越智健太郎, 山本泰彦, 柴田友和, 萩原正規, 逸見光
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会(2017)
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Characterization of Complexes between Hemes and Parallel G-Quadruplex DNAs (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, T. Shibata, Y. Katahira, Y. Nakayama, H. Tai, T. Matsui, K. Morihashi, A. Watanabe, T. Nakao, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, S. Neya
  • 学会等名: 8th Asian Bioligical Inorganic Chemistry Conference(AsBIC 8)
  • 発表場所: The University of Auckland（Auckland, New Zealand）
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] ヘムと四重鎖DNAの複合体の構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 越智健太郎, 柴田友和, 逸見光, 萩原正規, 山本泰彦
  • 学会等名: 第55回NMR討論会(2016)
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] Structural characterization of catalytic DNAs Composed of Heme and Parallel G-quadruplexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Katahira, T. Shibata, T. Matsui, K. Morihashi, A. Watanabe, T. Nakao, S. Yanagisawa, T. Ogura, and Y. Yamamoto
  • 学会等名: 第43回国際核酸化学シンポジウム(ISNAC 2016)
  • 発表場所: 熊本大学工学部百周年記念館（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2016-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of DNA Sequence Alteration on Structure of a Complex between Heme and All-Parallel G-Quadruplex (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, Y. Nakano, Y. Moritaka, Y. Nakayama, Y. Katahira, H. Tai, and ○Y. Yamamoto
  • 学会等名: 第43回国際核酸化学シンポジウム(ISNAC 2016)
  • 発表場所: 熊本大学工学部百周年記念館（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2016-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] ヘムと平行型四重鎖DNAの複合体の構造および機能の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柴田 友和，片平 祐弥，山本 泰彦
  • 学会等名: 第17回若手NMR研究会
  • 発表場所: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄下郡箱根町）
  • 年月日: 2016-09-10
• [学会発表] ヘムと四重鎖DNAの複合体の触媒機能測定と構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本 泰彦，片平 祐弥，中山 優作，柴田 友和，渡部 明莉，中尾 知美，柳澤 幸子，小倉 尚志，鈴木 秋弘，根矢 三郎
  • 学会等名: 第10回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] Structural and Functional Characterization of Complexes between Heme and G-quadruplex DNAs Formed from Human Telomere-related Sequences (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, Y. Katahira, H. Hemmi, and Y. Yamamoto
  • 学会等名: The 27th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems(ICMRBS2016)
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-21
  • 国際学会
• [学会発表] ミオグロビンの機能調節におけるヘムの電子構造の変化と遠位アミノ酸変異による影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉美帆，金井佑生，西村龍，柴田友和，松尾貴史，廣田俊，鈴木明弘，根矢三郎，山本泰彦
  • 学会等名: 第43回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 名古屋大学野依記念学術交流館（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-06-24
• [学会発表] ヘムの化学修飾がメトアジドミオグロビンのスピン平衡に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 並木孝介，柴田友和，根矢三郎，鈴木明弘，山本泰彦
  • 学会等名: 第26回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-06-17
• [学会発表] DNA塩基配列がヘム-DNA複合体の機能に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 片平祐弥，木下真志，柴田友和，山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] ヘムと四重鎖DNAの複合体におけるヘム鉄の配位構造の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木下真志，片平祐弥，柴田友和，山本泰彦，逸見光，根矢三郎，鈴木秋弘
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Electronic Control of Myoglobin Function (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, R. Nishimura, Y. Kanai, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, H. Tai, T. Matsuo, S. Hirota, S. Neya, and A. Suzuki
  • 学会等名: 2015 環太平洋国際化学会議
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 常磁性分子のNMR研究の基礎 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本泰彦
  • 学会等名: 理研シンポジウム 第16回分析・解析技術の化学と最前線
  • 発表場所: 理化学研究所和光地区（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2015-12-04
• [学会発表] ヘムと平行型四重鎖DNAの複合体の構造および機能の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片平 祐弥，清水 春那，木下 真志，柴田友和，山本泰彦
  • 学会等名: 第54回NMR討論会(2015)
  • 発表場所: 千葉工業大学津田沼キャンパス（千葉県習志野市）
  • 年月日: 2015-11-06
• [学会発表] Characterization of Inosine-quartets in All Parallel DNA Quadruplexes (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kinoshita, S. Takaya, T. Shibata, H. Hemmi, and Y. Yamamoto
  • 学会等名: 第42回国際核酸化学シンポジウム
  • 発表場所: イーグレひめじ （兵庫県姫路市）
  • 年月日: 2015-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] 四重鎖DNAと種々の化学修飾ヘムの複合体 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本泰彦，邸ツキ，石橋千絵，木下真志，片平祐弥，柴田 友和，太虎林，鈴木秋弘，根矢 三郎
  • 学会等名: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学工学部（熊本県熊本市）
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] Electronic Regulation of Oxgen Affinity and Autoxidation in Myoglobin (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, Y. Kanai, R. Nishimura, T. Matusuo, S. Hirota, T. Ogura, S. Yanagisawa, S. Neya, A. Suzuki, and Y. Yamamoto
  • 学会等名: "Metals in Biology" in Wako
  • 発表場所: 理化学研究所和光地区（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2015-06-16
• [学会発表] 遠位ヒスチジンをグルタミンに置換したミオグロビンにおける機能調節機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金井佑生，西村龍，許力揚，柴田友和，松尾貴史，廣田俊，鈴木秋弘，根矢三郎，山本泰彦
  • 学会等名: 第42回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 高崎シティーギャラリ（群馬県高崎市）
  • 年月日: 2015-06-12
• [学会発表] Heme-DNA Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Kinoshita, Tomokazu Shibata, Hikaru Hemmi, and Yasuhiko Yamamoto
  • 学会等名: 5th International Meeting on Quadruplex Nucleic Acids
  • 発表場所: Bordeaux (France)
  • 年月日: 2015-05-26 – 2015-05-28
• [学会発表] Heme-DNA Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kinoshita, T. Shibata. H. Hemmi, and Y Yamamoto
  • 学会等名: 5th International Meeting on Quadruplex Nucleic Acids: G4thering in Bordeaux
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2015-05-26
  • 国際学会
• [学会発表] 遠位ヒスチジンをグルタミ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 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金井佑生、西村龍、許力揚、柴田友和、松尾貴史、廣田俊、鈴木秋弘、根矢三郎、山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会2015
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] d(TTAGGGT)からなる四重鎖DNAとヘムの複合体の構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木下真志、清水春那、太虎林、齊藤香織、柴田友和、山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会2015
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] デオキシミオグロビンにおけるヘムの電子状態の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 盛高佑貴、許力揚、西村龍、柴田友和、鈴木秋弘、根矢三郎、山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会2015
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] デオキシミオグロビンの鉄(II)高スピン(S = 2)ヘムにおける特異な電子状態の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 許力揚, 西村龍, 柴田友和, 山本泰彦, 鈴木秋弘, 根矢三郎
  • 学会等名: 第53回NMR討論会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-06
• [学会発表] Electronic Regulation of Ligand-Binding Preference of the L29F Mutant of Myoglobin (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibata, R. Nishimura, D. Matsumoto, S. Yanagisawa, T. Ogura, H. Tai, T. Matsuo, S. Hirota, S. Neya, A. Suzuki, and Y. Yamamoto
  • 学会等名: Michinoku International Symposium on Porphyrins, Phthalocyanines and Functional Molecules
  • 発表場所: 宮城蔵王ロイヤルホテル（宮城県刈田郡蔵王町）
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-16
• [学会発表] 一酸化炭素よりも酸素に対して高い親和性を示すミオグロビンの創製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村 龍, 松本 大地, 柴田 友和, 柳澤 幸子, 小倉 尚志, 太 虎林, 松尾 貴史, 廣田 俊, 根矢 三郎, 鈴木 秋弘, 山本 泰彦
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会(BSJ2014)
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-13 – 2014-09-15
• [学会発表] 酸素結合型ミオグロビンにおける量子化学的共鳴を通した酸素親和性および自動酸化反応速度の調節 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村龍, 西山康太郎, 松本大地, 柴田友和, 石上泉, 小倉尚志, 太虎林, 長尾聡, 松尾貴史, 廣田俊, 荘司長三, 渡辺芳人, 今井清博, 根矢三郎, 鈴木秋弘, 山本泰彦
  • 学会等名: 第41回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-06-06 – 2014-06-07
• [備考] http://www.chem.tsukuba.ac.jp/yamamoto/
• [備考] 筑波大学 生物無機化学研究室
  • URL: http://www.chem.tsukuba.ac.jp/yamamoto/