戦略的変異導入による耐熱性向上膜タンパク質の創製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750631
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小林 正幸 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70271864)
• キーワード: 膜タンパク質 / 光合成反応中心 / 耐熱菌 / 常温菌 / 熱安定化 / 膜界面 / アルギニン残基 / 変異株

研究概要

膜タンパク質の耐熱化は、膜タンパク質の機能・構造解明ならびにその工学的応用には欠く事のできない重要な要因である。我々は、耐熱性紅色光合成細菌Thermochromatium (T.) tepidumの光合成反応中心のX線結晶構造解析に成功し、その結果、常温菌には存在しないアルギニン残基が膜界面領域に存在することを明らかにした。そこで、常温菌Rhodobacter_sphaeroidesの光合成反応中心の膜界面領域(T.tepidum光合成反応中心に特異に存在する膜界面アルギニンに対応する位置)にアルギニンを導入した光合成反応中心を部位指定変異誘発法により作製した。その変異反応中心はアルギニンを導入していない光合成反応中心よりも熱安定性を獲得したことから、膜界面領域に存在するアルギニンは光合成反応中心の熱安定化に寄与していることが明らかとなった。しかし、変異反応中心(アルギニン導入反応中心)はT.tepidumの光合成反応中心よりも熱に不安定であり、T.tepidum反応中心の熱安定化にはその他の熱安定化要因が存在することが明らかとなった。また、T.tepidumに存在する可溶性タンパク質(高電位鉄硫黄タンパク質)のX線結晶構造解析による三次元構造の決定、膜タンパク質(光捕集アンテナタンパク質)のN末端詳細構造を解明した。これらに特徴的な構造的知見を得、光合成反応中心の熱安定化の要因には生体内では光合成反応中心の周囲に存在する光捕集アンテナタンパク質の構造も重要であろことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Z.-Y.Wang et al.: "Selective Detection and Assignment of the Solution NMR Signals of Bacteriochlorophyll a Reconstituted Subunit of a Light-Harvesting Complex"Journal of the American Chemical Society. 124. 1072-1078 (2002)
• [文献書誌] L.Liu et al.: "Ultrahigh-resolution structure of high potential iron-sulfur protein from Thermochromatium tepidum"Acta Crystallographica Section. D58. 1085-1109 (2002)
• [文献書誌] Z.-Y.Wang et al.: "N-terminal methylation of the core light-harvesting complex in purple photosvnthetic bacteria"FEBS Letter. 519. 164-168 (2002)