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本研究の目的は、ヘムを活性中心とする気体センサータンパク質について『気体分子の感知によって生じたタンパク質の構造変化と機能制御には、どのような相関があるのか?』を明らかにすることである。本年度は、グロビン型センサードメインに機能ドメインとして生体防御応答に重要なセカンドメッセンジャーを合成する酵素が融合した新規なセンサータンパク質HemDGCを研究対象とした。そして世界で初めてHemDGCの単離精製に成功し、各種分光測定と酵素活性測定によりその構造と機能を解析した。その結果、グロビン型センサードメインはヘムを含み、ヘム鉄に酸素分子が結合した時だけ酵素ドメインが活性化され、セカンドメッセンジャーを合成できることを明らかにした。またヘム鉄は酸素分子の代わりに一酸化炭素や一酸化窒素を結合できるにも関わらず、それらの分子を結合した状態では酵素活性を全く示さなかった。したがってHemDGCは酸素分子を選択的に認識し、酸素分子の結合に応じてセカンドメッセンジャーの合成を制御する『新規な酸素センサータンパク質』であることを明らかにした。さらにHemDGCが酸素分子と他の小分子を識別する分子機構を明らかにするために、共鳴ラマン法によるヘム近傍構造解析と部位特異的変異体解析を行った。その結果、酸素結合型と他の小分子を結合した状態では、ヘム鉄に結合した気体分子とその周辺側鎖が形成する水素結合のネットワークが異なることが明らかとなり、HemDGCにおける酸素分子の識別感知機構を提唱した。
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