タンパク質高次構造に視点を置いた「分子構造系統学」の新展開

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07304050
• 研究種目: 総合研究(A)
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 舘野 義男 国立遺伝学研究所, 生命情報研究センター, 教授 (00202424)
• 研究分担者: 山口 宏 大阪大学蛋白質研究所, 物理構造部門, 助手 (10252719) ; 森山 英明 東京工業大学, 生命理工学部, 助手 (50200457) ; 池尾 一穂 国立遺伝学研究所, 生命情報研究センター, 助手 (20249949) ; 五條堀 孝 国立遺伝学研究所, 生命情報研究センター, 教授 (50162136)
• キーワード: 分子進化 / 蛋白質高次構造 / グルタミン合成酵素 / データベース / DNA配列 / アミノ酸配列 / 蛋白質モデリング

研究概要

グルタミン合成酵素(GS)には2種類があり、以前はそれぞれ原核型と真核型と考えられていた。しかし、最近、根粒菌などがある種の原核生物は真核型ももっていることが明らかになった。問題は、根粒菌の真核型GS遺伝子が進化のある時点でその宿主植物から遺伝子転移によって移入されたという知見がでていることである。申請者らのGS遺伝子の一次配列をもとにした系統学的研究では、この知見を否定し、この遺伝子が原核生物-真核生物分岐以前に遺伝子重複を起こしていることを支持する結果を出しているが、完全には決着していない。
そこで、タンパク質モデリングにより、GSの機能部位のアミノ酸を遺伝子転移を支持する方へと遺伝子重複を支持する方への両方に置換させ、GSの機能部位の局所構造変化がどちらにより深刻であるか計算をした。この場合、構造変化は置換される前と後のアミノ酸のα炭素の位置の移動距離を計算することにより計った。つまり、移動距離が大きいほどより深刻であり、この酵素の機能により重大な障害となる、と考えたわけである。また、局所部位としては、計算時間の都合上、当該アミノ酸の両端7Åの球状領域とした。
この結果、申請者らの予想通り、遺伝子重複の方がより強く支持された。つまり、α炭素の移動距離が、遺伝子転移の方でより大きくなったのである。
更に、上記局所領域では余りに小さすぎて、GSタンパク質の構造と機能の問題を扱うには不十分であるとも考えられる。もちろん、1つのアミノ酸置換がそのタンパク質の機能を失わせることもあるので、この問題は議論のあるところだが、対象領域を広げることによって問題の解決を促進させることになる。このため、領域を機能部位全体に拡張して研究を展開させている。この場合、高次構造の変化を計る物差しとして別の量を導入しなければならないが、領域に含まれる全アミノ酸の位置変化を表す平均最小二乗移動距離を利用できる。まだ、結論までには至っていないが、この物差しの有用性は高いと考えられる。
一方、データベースの作成も進んでおり、世界的に得られる30以上のGSアミノ酸配列のアラインメントデータベースは完了している。

研究成果

• [文献書誌] Moriyama,H.ら: "Crystal sturcture of mutated 3-isopropylmalate dehydrogenease from Thermus thermophilus HB8 and their relationship to the thermostability of the enzyme" J.Biochem.117. 408-413 (1995)
• [文献書誌] Tsukihara,T.ら: "Structure of metal sites of oxidized bovine heart cytochrome c oxidase at 2.8A" Science. 269. 1069-1704 (1995)
• [文献書誌] Kitakami,H.ら: "YAMATO and ASUKA:DNA Database Management Systems." Proceedings of the Twenty-Eighth Hawaii International Conference on System Sciences. 72-80 (1995)
• [文献書誌] Tateno,Y.: "Development of information biology" Protein,Nucleic Acid,and Enzyme22GD04:40. 102-108 (1995)
• [文献書誌] Tateno,Y.: "Gene" Dictionary of Mathematics,Physics and Information Science. 39-42 (1995)
• [文献書誌] Watanabe,M.ら: "Phosphono compounds-induced epoxidase gene from Penicillium increases the bio-conversion activity of cis-propenylphosphonic acid into Fosfmycin"