生体内の亜酸化窒素の産生制御と消去

• 研究課題/領域番号: 26620140
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 城 宜嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 主任研究員 (70183051)
• 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: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 一酸化窒素 / 亜酸化窒素 / 脱窒菌 / 嫌気呼吸 / 温室効果ガス / オゾン層破壊物質 / 細胞内タンパク質複合体

研究成果の概要

亜酸化窒素（N2O）は、温室効果ガスでありオゾン層破壊ガスである。地球上でのN2O産生の約70%は、脱窒微生物による。地球環境保護の観点から、脱窒微生物によるN2O産生の分子機構を明らかにし、それを制御する事を目的に研究を行った。X線結晶構造解析、変異体の機能解析、分子動力学シミュレーション研究の結果、微生物内における亜硝酸還元酵素（NO2- → NOを触媒）と一酸化窒素還元酵素（NO → N2Oを触媒）の複合体形成がN2O産生に重要である事を見いだした。さらに、N2O産生阻害剤を４種類見いだした。

研究成果

• [国際共同研究] University of Liverpool(英国)
• [国際共同研究] Stockholm University(スウェーデン)
• [国際共同研究] University of Liverpool(英国)
• [雑誌論文] Dynamics of Nitric Oxide Controlled by Protein Complex in Bacterial System (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Terasakaa, K. Yamada, P.-H. Wang, K. Hosokawa, R. Yamagiwa, K. Matsumoto, S. Ishii, T. Mori, K. Yagi, H. Sawai, H. Arai, H. Sugimotoa, Y. Sugitac, Y. Shiroa, T. Tosha
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acd. SCI. USA 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal structure of bacterial haem importer complex in the inward-facing conformation (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoe, Y., Nakamura, N., Doi, A., Sawabe, M., Nakamura, H., Shiro, Y., Sugimoto, H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 13411-13411
  • DOI: 10.1038/ncomms13411
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Study of the Dynamics of the Heme Pocket and C-helix in CooA Upon CO Dissociation Using Time-resolved Visible and UV Resonance Raman Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Otomo, Haruto Ishikawa, Misao Mizuno, Tetsunari Kimura, Minoru Kubo, Yoshitsugu Shiro, Shigetoshi Aono, and Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 120 号: 32 ページ: 7836-7843
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b05634
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulatory Implications of Structural Changes in Tyr201 of the Oxygen Sensor Protein FixL (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeo Yamawaki, Haruto Ishikawa, Misao Mizuno, Hiro Nakamura, Yoshitsugu Shiro, and Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 55 号: 29 ページ: 4027-4035
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b00405
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Substrate-Binding-State Mimic of H2O2-Dependent Cytochrome P450 Produced by One-point Mutagenesis and Peroxygenation of Non-native Substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Shoji, T. Fujishiro, K. Nishio, Y. Kano, H. Kimoto, S. Chien, H. Onoda, A. Muramatsu, S. Tanaka, A. Hori, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Catal. Sci. Tech. 巻: 6 号: 15 ページ: 5806-5811
  • DOI: 10.1039/c6cy00630b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Nearly On-axis Spectroscopic System for Simultaneously Measuring UV-visible Absorption and X-ray Diffraction in the SPring-8 Structural Genomics Beamline (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sakaguchi, T. Kimura, T. Nishida, T. Tosha, Y. Yamaguchi, S. Yanagisawa, G. Ueno, H. Murakami, H. Ago, M. Yamamoto, T. Ogura, Y. Shiro, M. Kubo
  • 雑誌名: J. Synchro. Rad. 巻: 23 号: 1 ページ: 334-338
  • DOI: 10.1107/s1600577515018275
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Initial O2 Inserting Step of Tryptophan Dioxygenase Reaction Proposed by a Heme-Modification Study (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Makino, E. Obayashi, H. Hori, T. Iizuka, K. Mashima, Y. Shiro, Y. Ishimura
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 54 号: 23 ページ: 3604-3616
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00048
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of Response Regulator ChrA in the Heme-Sensing Two-Component System of Corynebacterium diphtheriae (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Doi, H. Nakamura, Y. Shiro, H. Sugimoto
  • 雑誌名: Acta Crysll. F 巻: 71 号: 8 ページ: 966-971
  • DOI: 10.1107/s2053230x15009838
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Contribution of the Distal Pocket Residue to the Acyl-chain-length Substrate Specificity of (R)-specific Enoyl-CoA Hydratases from Pseudomonas: Site-directed Mutagenesis, Chimeragenesis, X-ray Crystallographic Analysis, and Homology Modeling (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuge, S. Sato, A. Hiroe, K. Ishizuka, H. Kanazawa, Y. Shiro, T. Hisano
  • 雑誌名: Appl. Environm. Microbio. 巻: 81 号: 23 ページ: 8076-8083
  • DOI: 10.1128/aem.02412-15
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Structure, Exogenous Ligand Binding and Redox Properties of an Engineered Diiron Active Site in a Bacterial Hemerythrin (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Onoda, Y. Okamoto, H. Sugimoto, Y. Takano, S. Hirota, D. Kurtz, Y. Shiro, T. Hayashi
  • 雑誌名: Chem. Comm. 巻: 50 ページ: 3421-3423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structures of Reduced and Ligand-Bound Nitric Oxide Reductase Provide Insights into Functional Differences in Respiratory Enzymes (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, S. Ishii, H. Sugimoto, T. Hino, Y. Fukumori, Y. Sako, Y. Shiro, T. Tosha
  • 雑誌名: PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 巻: 82 ページ: 1258-1271
  • 査読あり
• [雑誌論文] An in vivo Inhibitory Effect on the Heme Uptake of Pseudomonas aeruginosa by Its Hemophore (HasAp) Carrying Synthetic Metal Complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Shirataki, O. Shoji, M. Terada, S. Ozaki, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Angw. Chem. Int. Ed. 巻: 53 ページ: 2862-2866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Quinol-Dependent Nitric Oxide Reductase from Geobacillus Stearothermophilus: Enzymatic Activity and Active Site Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Terasaka, N. Okada, N. Sato, Y. Sako, Y. Shiro, T. Tosha
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta - Bioenergetics 巻: 1837 ページ: 1019-1026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disulfide Bonds Regulate Binding of Exogenous Ligand to Human Cytoglobin (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tsujino, T. Yamashita, A. Nose, K. Kukino, H. Sawai, Y. Shiro, T. Uno
  • 雑誌名: J. Inor. Biochem. 巻: 135 ページ: 20-27
  • 査読あり
• [雑誌論文] Palladium-Nanoparticle-Catalyzed 1,7-Palladium Migration Involving C-H Activation, Followed by Intramolecular Amination: Regioselective Synthesis of N1-Arylbenzotriazoles and an Evaluation of Their Inhibitory Activity Towards Indoleamine 2,3-Dioxygenase (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Takagi, M. Al-Amin, N. Hoshiya, J. Wouters, H. Sugimoto, Y. Shiro, H. Fukuda, S. Shuto, M. Arisawa
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 79 ページ: 6366-6371
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-function Analyses of Cytochrome P450revI Involved in Reveromycin A Biosynthesis and Evaluation of the Biological Activity of Its Aubstrate, Reveromycin T (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi, S. Nagano, T. Nogawa, N. Kanoh, M. Uramoto, M. Kawatani, T. Shimizu, T. Miyazawa, Y. Shiro, H. Osada
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 32446-32458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation of Wild-type Cytochrome P450BM3 by the Next Generation of Decoy Molecules: Enhanced Hydroxylation of Gaseous Alkanes and Crystallographic Evidence (2014)
  • 著者名/発表者名: Z. Cong, O. Shoji, C. Kasai, N. Kawakami, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 5 ページ: 150-156
  • 査読あり
• [学会発表] Structural Basis for Molecular Mechanism of Bacterial Nitric Oxide Reductases (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: IGER Intl. Symp. Physics of Life
  • 発表場所: 名大、ES Hall、名古屋
  • 年月日: 2017-03-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NO Dynamics in Biology: Its Generation and Decomposition (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: Royal Society Meeting Inorganic Chemistry
  • 発表場所: 阪大、銀杏会館、豊中
  • 年月日: 2016-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Damage-free X-ray Crystallographic Analysis of P450nor in the NO Bound Form using SACLA. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kubo, M., Nomura, T., Nishida, T., Tosha, T., Sugimoto, H., Kimura, T., Takano, Y., Yamashita, K., Hirata, K., Ueno, G., Ago, H., Yamamoto, M., Shiro, Y.
  • 学会等名: British Biophysical Society 2016 Biennial Meeting
  • 発表場所: Liverpool, UK
  • 年月日: 2016-07-07
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Mechanism of NO Reduction by Bacterial Nitric Oxide Reductases (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: ICCP9
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-06-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Mechanism of NO Reduction by Bacterial Nitric Oxide Reductases (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: 229th ECS Meeting
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-05-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Proton Transfer in Bacterial Nitric Oxide Reductases Coupled with NO Reduction (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiro
  • 学会等名: PACIFICHEM2015 The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] Molecular Mechanism of NO Reduction by Bacterial Nitric Oxide Reductases (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiro
  • 学会等名: PACIFICHEM2015 The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] Dynamics of Nitric Oxide in Bacterial Cellular System (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiro
  • 学会等名: “Cell Biology of Metals” Gordon Research Conference
  • 発表場所: West Dover, VT, USA
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Mechanism of NO Decomposition by Nitric Oxide Reductases (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiro
  • 学会等名: ICBIC17 17th International Conference of Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation, Channeling and Decomposition of NO in Bacterial System (2015)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: “Metals in Biology” Gordon Research Conference
  • 発表場所: Ventura, USA
  • 年月日: 2015-01-25 – 2015-01-30
  • 招待講演
• [学会発表] これからの生物無機化学 ー金属タンパク質の過去と未来ー (2014)
  • 著者名/発表者名: 城 宜嗣
  • 学会等名: 第87回日本生化学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] Generation, Propagation and Decomposition of Nitric Oxide in Bacterial Denitrification (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: 18th European Bioenergetics Conference (EBEC 2014)
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-17
  • 招待講演
• [学会発表] Bacterial Nitrite Reductase and Nitric Oxide Reductase; NO Generation, Channeling and Decomposition (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: Eighth International Conference on Porphyrins and Phtalocyanines (ICPP8)
  • 発表場所: Istanbul, Turky
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [図書] Metalloenzymes in Denitrification (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tosha, Y. Shiro
  • 総ページ数: 452
  • 出版者: Royal Society of Chemistry Metallobiology Series
• [図書] 鉄の事典 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井 浩、城 宜嗣
  • 総ページ数: 820
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 理化学研究所 城生体金属科学研究室
  • URL: http://www.riken.jp/biometal/index.htm
• [備考] 兵庫県立大 理学部 細胞制御Ⅱ研究室
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/regulation/index-j.html
• [備考] 兵庫県立大学 理学部 細胞制御Ⅱ研究室
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/regulation/index-j.html