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ヘムトランスポーターの動的結晶構造解析

公募研究

研究領域動的構造生命科学を拓く新発想測定技術-タンパク質が動作する姿を活写する-
研究課題/領域番号 15H01655
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 複合領域
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

杉本 宏  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, 専任研究員 (90344043)

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 *注記
12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2016年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2015年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワードヘム / X線結晶構造解析 / 生体分子 / 量子ビーム / 金属タンパク質
研究実績の概要

当初の計画通り、溶液および結晶での時間分解測定に必要な技術開発を進めた。その装置の性能を示すために、モデル系としてヘムタンパク質の結晶内での反応について時間分解吸収スペクトル測定を行った。ケージドNO試薬を「タンパク質結晶」に浸潤し、励起用紫外レーザー照射で遊離させたNOが結晶内のヘム鉄に結合する過程のスペクトル変化を時間分解測定した。この結果を踏まえて、SACLA施設での予備的な実験も行い、反応を開始して20ミリ秒後には基質が活性部位へ結合していることを電子密度で確認した。生化学実験の手法として、リポソーム再構成系を用いてヘムトランスポーターの輸送活性の測定方法を開発した。従来のピリジン法やルミノール法によるヘムの定量法では、ヘムの疎水性が高いためにリポソームへの吸着が影響して正確な測定は不可能だった。そこで、ヘムを受け渡すペリプラズムヘム結合タンパク質にGFPを融合したものを測定系に利用した。ヘムがトランスポーター側へ移動することによって蛍光強度が増大することを見出し、高感度でヘムの輸送を定量することが可能になった。この手法を用いて変異体の活性の評価を行った結果、分子内に見出された大きなヘム輸送チャネルの表面の残基には効率的な輸送を可能にするユニークな動的性質があることが明らかとなった。この結果は、構造解析の成果と合わせて学術誌に掲載された。また、A03計画班と連携し、生体膜内でのヘムトランスポーターの全原子分子動力学計算を行うための初期パラメータ等の準備に着手し、MDシミュレーションを行った。この結果を基に、今後ターゲットMDや反応パス解析へ展開する計画である。

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。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Crystal structure of bacterial haem importer complex in the inward-facing conformation2016

    • 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

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 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 Beamline2016

    • 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

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 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 diphtheriae2015

    • 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

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Structural and functional analysis of a periplasmic heme-binding protein in bacterial heme importer system2016

    • 著者名/発表者名
      Md. Mahfuzur Rahman, Nozomi Nakamura, Hiro Nakamura, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro
    • 学会等名
      The 16th annual meeting of the Protein Science Society of Japan
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Structure of bacterial heme importer in complex with the periplasmic heme-binding protein2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      Mini-Symposium on Structure-Based Bioenergetics
    • 発表場所
      SPring-8上坪ホール(兵庫県・佐用郡)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diverse mechanism of the heme-recognition in the bacterial heme import system2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      RIKEN SPring-8 Center/University of Hyogo/University of Liverpool Mini-Symposium
    • 発表場所
      SPring-8上坪ホール(兵庫県・佐用郡)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural basis of the bacterial heme transporter2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sugimoto
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2015)
    • 発表場所
      アメリカ, ホノルル, Hawaii Convention Center
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural analysis of a periplasmic heme-binding protein in bacterial heme importer system2015

    • 著者名/発表者名
      Md. Mahfuzur Rahman, Nozomi Nakamura, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro
    • 学会等名
      13th Asian Crystallographic Association Meeting (AsCA 2015)
    • 発表場所
      India, Kolkata, Science City
    • 年月日
      2015-12-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 結晶構造に基づく病原菌由来ヘムトランスポーターの基質輸送機構の解明2015

    • 著者名/発表者名
      中村希,直江洋一,土井章弘,杉本宏,城 宜嗣
    • 学会等名
      平成27年度日本結晶学会年会
    • 発表場所
      大阪府堺市大阪府立大学
    • 年月日
      2015-10-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 病原菌由来ヘムトランスポーターの結晶構造に基づく基質輸送機構2015

    • 著者名/発表者名
      中村希、直江洋一、土井章弘、中村寛夫、杉本宏、城宜嗣
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      徳島県徳島市あわぎんホール
    • 年月日
      2015-06-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Structural basis of the heme recognition by bacterial heme transporter2015

    • 著者名/発表者名
      Nozomi Nakamura, Youichi Naoe, Akihiro Doi, Hiro Nakamura, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro
    • 学会等名
      Metals in Biology in Wako
    • 発表場所
      埼玉県和光市理化学研究所
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure and mechanism of bacterial heme transporter2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sugimoto, Youichi Naoe, Nozomi Nakamura, Akihiro Doi, Hiro Nakamura, Yoshitsugu Shiro
    • 学会等名
      Metals in Biology in Wako
    • 発表場所
      埼玉県和光市理化学研究所
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 病原菌が鉄を細胞内に取り込む仕組み -細胞膜で働くヘム輸送体タンパク質の立体構造を解明-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20161110_1/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 病原菌が鉄を細胞内に取り込む仕組み -細胞膜で働くヘム輸送体タンパク質の立体構造を解明-

    • URL

      http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/161110/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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