鉄硫黄クラスター形成反応の分子機構:Isc蛋白質群の構造と機能的相互作用の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13680690
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 高橋 康弘 大阪大学, 大学院・理学研究科, 講師 (10154874)
• 研究分担者: 大岡 宏造 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30201966) ; 福山 恵一 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80032283)
• キーワード: 鉄硫黄蛋白質 / 鉄硫黄クラスター / iscオペロン / フェレドキシン / 分子シャペロン / Fdx / IscS / IscU

研究概要

鉄硫黄(Fe-S)蛋白質は、非ヘム鉄と無機硫黄原子から成るFe-Sクラスター([2Fe-2S]または[3Fe-4S]、[4Fe-4S])を持つ蛋白質の総称であり、細菌から高等動植物まで優に100を越える種類が分布している。これらのFe-Sクラスターはポリペプチドの翻訳後、蛋白質内部に形成されるものであるが、その形成機構はこの3-4年、漸く分子レベルの解析が始まった段階である。我々は近年、過剰発現させるとFe-Sクラスター形成能を大幅に増加させる遺伝子群として、大腸菌のiscオペロン(iscRSUA-hscBA-fdx-ORF3)を同定した。本研究ではこれを発展させ、(1)これら遺伝子群の個別破壊株の作成と解析、(2)IscA蛋白質の生化学的解析、(3)Fdx蛋白質のX線結晶構造解析、(4)分子間相互作用のネットワーク解析を進めた結果、Fe-Sクラスター形成過程を次のように理解することができるようになった。IscS(cysteine desulfrase)は特異的な硫黄供与体として機能する。IscU、Fdx、HscA、HscBは、中間体Fe-Sクラスターのアセンブラーマシナリーの中心的な成分として協調的に機能する。このアセンブラーの中で、IscUは中間体形成部位、FdxはFeやSの還元部位としての機能が予想される。中間体として形成されたFe-Sクラスターを他のポリペプチドに転移させる反応はIscAが担うと考えられる。HscAとHscBは分子シャペロンとしてIscUやIscAの(アン)フォールディングに関与する。加えて最近、(5)Fe-Sクラスター形成に関与する別経路についても同定に成功した。

研究成果

• [文献書誌] Sandrine Ollagnier-de-Choudens: "Iron-Sulfur Cluster Assembly : Characterization of IscA and Evidence for a Specific and Functional Complex with Ferredoxin"J. Biol. Chem.. 276・(25). 22604-22607 (2001)
• [文献書誌] Umechiyo Tokumoto: "Genetic Analysis of the isc Operon in Escherichia coli Involved in Biogenesis of Cellular Iron-Sulfur Proteins"J. Biochem.. 130・(1). 63-71 (2001)
• [文献書誌] Yoshimitsu Kakuta: "Crystal Structure of Escherichia coli Fdx, an Adrenodoxin-type Ferredoxin Involved in the Assembly of Iron-sulfur Clusters"Biochemistry. 40・(37). 11007-11012 (2001)
• [文献書誌] Keiichi Fukuyama: "Atomic Resolution Structures of Oxidized [4Fe-4S] Ferredoxin from Bacillus thremoproteolyticus in Two Crystal Forms : Systematic distortion of [4Fe-4S] Cluster in the Protein"J. Mol. Biol.. 315・(5). 1155-1166 (2002)