白金性能を超える新規[NiFe]ヒドロゲナーゼの電子伝達機構の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05566
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 尹 基石 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (50701497)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ヒドロゲナーゼ / 水素酸化反応 / 電子伝達系 / ゲノム解析 / タンパク質結晶解析 / 生化学的な特性解析

研究実績の概要

ヒドロゲナーゼは、水素活性化を有する大サブュニットと、外部との電子の受け渡しをする小サブュニットによって構成されている。申請者は、ヒドロゲナーゼの活性中心と電子伝達体との電子授受機能が水素の活性化と酸素の耐性にも重要だと考えている。そこで本研究では、de novo アッセンブル法によって全ゲノムの解析結果から、我々が新規に発見した[NiFe]S77は酸素耐性酵素として詳細に研究されているHYD１と類似した生化学的な特性と構造をしているが、[NiFe]S77はHYD1ではなくHYD2と同様な遺伝子構造による複合体を形成していた。HYD2は研究例が非常に少なく、酵素活性が酸素に不安定な酸素感受性型ヒドロゲナーゼとして知られている。そのHYD2の複合体構造は機能未知のタンパク質によって形成されており、その電子伝達反応系の構造と機構がまったく不明であった。本研究では、この新規ヒドロゲナーゼの機能性と特性の解析のため、大サブユニットのNiFe活性中心と小サブユニットのFeSクラスターの電子授受反応機構、また、[NiFe]S77と電子伝達系の複合体タンパク質との間相互作用を明らかにし、本酵素の新規電子伝達機構の解明を目指した。実際に４量体の[NiFe]S77複合体（HybCとHybOにHybBとHydAが結合した酵素複合体）の精製に挑戦した。複合体サブユニットは膜近傍の局在性とタンパク質の異なる性質から複合体の状態での精製は非常に困難であり、完全精製までには至っていない。しかし、大と小サブュニットから成る２量体の[NiFe]ヒドロゲナーゼの精製とその結晶化に成功し、詳細なタンパク質構造解析を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] A MnI Model for the Photoinhibited Species of Oxygen-Evolving Complex (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yatabe, T. Tokunaga, T. Matsumoto, M. Kikkawa, K.-S. Yoon, S. Ogo
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 47 ページ: 34-36
  • DOI: doi.org/10.1246/cl.170869
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of the redox switches in the NAD+-reducing soluble [NiFe]-hydrogenase (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shomura, M, Taketa, H. Nakashima, H. Tai, H. Nakagawa, Y. Ikeda, Y, M. Ishii, Y. Igarashi, H. Nishihara, K.-S. Yoon, S. Ogo, Y. Higuchi
  • 雑誌名: Science 巻: 537 ページ: 928-932
  • DOI: DOI: 10.1126/science.aan4497
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Investigation of the Formation of H2 from HCOOH with a Dinuclear Ru Model Complex for Formate Hydrogen Lyase (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tokunaga, T. Yatabe, T. Matsumoto, T. Ando, K.-S. Yoon, S. Ogo
  • 雑誌名: Sci. Tech. Adv. Mater. 巻: 18 ページ: 870-876
  • DOI: doi.org/10.1080/14686996.2017.1379857
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nitrogen Fixation Genes and Nitrogenase Activity of the Non-Heterocystous Cyanobacterium Thermoleptolyngbya sp. O-77 (2017)
  • 著者名/発表者名: K.-S. Yoon, N.T. Nguyen, K.T. Tran, K. Tsuji, S. Ogo
  • 雑誌名: Microbes Environ. 巻: 32 ページ: 324-329
  • DOI: doi.org/10.1264/jsme2.ME17015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Insight into Switching between H2- or O2-Activation by Simple Ligand Effects of [NiFe]hydrogenase Models (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, T. Kishima, T. Yatabe, K.-S. Yoon, S. Ogo
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 36 ページ: 3883-3890
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.organomet.7b00471
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Fusion of Biomimetic Fuel and Solar Cells Based on Hydrogenase, Photosystem II, and Cytochrome c Oxidase (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kikkawa, T. Yatabe, T. Matsumoto, K.-S. Yoon, K. Suzuki, T. Enomoto, K. Kaneko, S. Ogo
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 9 ページ: 4024-4028
  • DOI: doi.org/10.1002/cctc.201700995
  • 査読あり
• [雑誌論文] One Model, Two Enzymes: Activation of Hydrogen and Carbon Monoxide (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ogo, Y. Mori, T. Ando, T. Matsumoto, T. Yatabe, K.-S. Yoon, H. Hayashi, M. Asano
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 9723-9726
  • DOI: doi/10.1002/anie.201704864
  • 査読あり
• [学会発表] New insights of naturally occurring O2-tolerant [NiFe]hydrogenase (2018)
  • 著者名/発表者名: Ki-Seok Yoon
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素の補酵素AによるS-チオール化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻 幸盛、尹 基石、小江 誠司
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 固定化ピルビン酸-フェレドキシン酸化還元酵素によるアセチル-CoA生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹中 慎, 尹 基石, 松本 崇弘, 小江 誠司
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会