ヘムオキシゲナーゼによるヘム分解機構及びビリベルジン還元酵素との相互作用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580641
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 吉田 匡 山形大学, 医学部, 教授 (10004673)
• 研究分担者: 張 旭紅 山形大学, 医学部, 助手 (10292442) ; 佐藤 道比古 山形大学, 医学部, 助教授 (00135344)
• キーワード: ヘムオキシゲナーゼ / 酸素活性化機構 / ヘムの分解 / CO / ビリベルジン / ビリルビン / ビリベルジン還元酵素

研究概要

幾つかの生物種のヘムオキシゲナーゼ(HO)を用いてヘム分解機構を検討した。以下にその成果を記す。
1.大腸菌で発現、精製した藍草のHo-1とヘムとの複合体での、ヘム分解反応は哺乳類に比べて緩やかであった。これはヘムポケットの構造に起因する、酸素活性化機構の違いに因るものと思われた。(論文1)
2.藍草のHO-2の発現系と精製法を確立した。今まで、HO-2は発現させても封入体となると報告されており、私どもはこの点を克服した。
3.ジフテリア菌のHOの結晶化とその解析、更には酸素化型の結晶化とその解析に成功した。ヘムに結合した酸素分子はヘムのα-メテン炭素に向かって屈曲しており、私どもの以前の共鳴ラマン法で推測された結果を立証できた。(論文2、3)
4.一般のHOではα型のビリベルジンしか生成しない。しかし、緑膿菌のHOではβとδ型が生成される。未だ結晶解析の報告はないが、これは恐らく、αメテン部位がアミノ酸残基によってマスクされていることによって起ると考えれる。そこで、ヘムを回転させる事に因ってα体の生成が見られると考え、幾つかの変異酵素を作成し成功した。(論文4)
5.今まで昆虫のHOの酵素化学的な報告は全くなかった。今回、私どもはショウジョウバエのHOの大腸菌での発現と精製に始めて成功した。反応機構の大筋は他の酵素に比べてほぼ同じではあったが、過酸化水素で反応が進行せず、また、ベルドヘムの捕捉が出来ないなどかなりの違いが観察された。驚くべき事に、ヘムの酵素との結合に第5と第6配位子は無関係であった。これがショウジョウバエのHOの独自性の源と思われた。(論文5)
6.ヘム分解過程の三つの段階での基質特異性について検討した。第2段階では特異性を欠くが、第1と第3段階ではα特異性がある事を証明した。(論文6)

研究成果

• [文献書誌] Catharina, T.Migita: "Expression and characterization of cyanobacterium heme oxygenase, a key enzyme in the phycobilin synthesis"European Journal of Biochemistry. 270・2. 687-698 (2003)
• [文献書誌] Shoko Hirotsu: "The crystal structures of the ferric and ferrous forms of the heme complex of HmuO, a heme oxygenase of Corynebacterium"The Journal of Biological Chemistry. 279(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Masaki Ueno: "Crystal structure of the dioxygen-bound heme oxygenal from Corynebacterium Dphtheriae"The Journal of Biological Chemistry. 279(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Fujii: "Essential amino acid residues controlling the unique regioselectivity of heal oxygenase in Psoudommes aeruginase"Journal of American Chemical Society. 126(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Xuhong Zhang: "Unique features of recombinant heme oxygenase of Drosophila melanogaster compared with those of other heme oxygenase studied"European Journal of Biochemistry. 271(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Xuhong Zhang: "Stereoselectivity of each of the three steps of the heme oxygenase reaction : Hemin to meso-hydroxyhemin, to verdoheme"Biochemistry. 42. 7418-7426 (2003)