複合化活性部位を有する金属酸化酵素における感応性化学種の制御とその設計

• 研究領域: 感応性化学種が拓く新物質科学
• 研究課題/領域番号: 15H00909
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 石森 浩一郎 北海道大学, 理学研究院, 教授 (20192487)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: ヘム / Irr / 酸化修飾 / 活性酸素 / 酸化反応 / 金属タンパク質 / 一原子酸素挿入反応 / 反応設計 / 活性酸素種 / 非ヘム鉄 / EPR

研究実績の概要

平成28年度の研究計画の各項目における研究成果は以下の通りである。

１．活性化Irrにおける活性部位の構造解析　昨年度に引き続き，NMRによるIrrの構造解析を進めるため、15N、13Cによるラベル化Irrの発現、単離、精製を行い、再現性良く高純度の安定同位体ラベルIrr収量を得ることができる手法を確立することができた。この安定同位体ラベルIrrを用いて、その15N-1H HSQCスペクトルを測定したが、NMRシグナルの分散が十分ではなく、立体構造解析可能なスペクトルを得ることができなかった。これは、これまでのIrr精製時には添加していた2価のマンガンイオンを、その常磁性によるNMR信号への影響を除くため添加しなかったことによって、Irrが安定な立体構造を形成できなかったためと考えられた。そこでこの常磁性の2価マンガンイオンの代わりに、反磁性の2価マグネシウムを加えて精製し、そのNMR測定を行ったが、NMR信号の分散は変化せず、マグネシウムイオンはIrrに結合しないと考えられた。そこで、同様に反磁性の2価亜鉛イオンを結合させることを試みたところ、分散したNMRスペクトルが得られ、その立体構造解析の指針が得られた。

２．アミノ酸置換による酸化反応の制御 Irrにおける酸化反応を制御するため、ヘム結合部位に位置するCys29をAlaに置換したところ、その酸化活性は大きく低下し、このCys29はIrrの酸化反応に重要な寄与をすることが明らかとなった。さらに、野生型では二量体を形成するIrrが、この変異により単量体化することが明らかとなった。以上の結果より、このヘム近傍に位置するCys29は酸化反応だけではなく、Irrにおける蛋白質間の会合状態についても大きな役割を果たしていることが新たに示された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)
• [国際共同研究] State University of New York - Buffalo(米国)
• [雑誌論文] The Iron Chaperone Protein CyaY from Vibrio cholerae is a Heme-Binding Protein (2017)
  • 著者名/発表者名: Uchida, T., Kobayashi, N., Muneta, S., Ishimori, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 印刷中 号: 18 ページ: 2425-2434
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01304
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Iron chelators inhibit the heme-degradation reaction by HutZ from Vibrio cholerae (2017)
  • 著者名/発表者名: Dojun, N., Sekine, Y., Ishimori, K., Uchida, T.
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 46 号: 16 ページ: 5147-5150
  • DOI: 10.1039/c7dt00121e
  • NAID: 120006459301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual role of the active-center cysteine in human peroxiredoxin 1: Peroxidase activity and heme binding (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, Y., Ishimori, K., Uchida, T.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communication 巻: 483 号: 3 ページ: 930-935
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.01.034
  • NAID: 120006383811
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein Oxidation Mediated by Heme-induced Active Site Conversion Specific for Heme-regulated Transcription Factor, Iron Response Regulator (2016)
  • 著者名/発表者名: Kitatsuji, C., Izumi, K., Nambu, S., Kurogochi, M., Uchida, T., Nishimura, S. -I., Iwai, K., O’Brian, M. R., Ikeda-Saito, M., Ishimori, K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 18703-18703
  • DOI: 10.1038/srep18703
  • NAID: 120005712479
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 鉄過剰による細胞障害を防ぐ鉄濃度制御タンパク質IRPとその制御因子ヘムの特異的な相互作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小倉麻梨子、斉尾智英、内田毅、岩井一宏、石森浩一郎
  • 学会等名: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都・江戸川区）
  • 年月日: 2016-11-14
• [学会発表] ヘムの結合による抗酸化酵素ペルオキシレドキシン-1 の活性制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部祐太、石森浩一郎
  • 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] Functional and Structural Characterization of Heme Binding in Heme-regulated Proteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishimori, K.
  • 学会等名: ICPP-9
  • 発表場所: Nanjing（China）
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分光法を用いた細胞内鉄濃度のセンサータンパク質IRPの特徴的なヘム配位環境 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小倉麻梨子、内田毅、岩井一宏、石森浩一郎
  • 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（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-06-07
• [学会発表] Specific Heme Binding in Heme-regulated Proteins and Its Functional Significance (2015)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Ishimori
  • 学会等名: 17th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: 北京（中国）
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 発表論文からpickup
  • URL: http://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~stchem/pickup/