| 研究課題/領域番号 |
17K05606
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
長友 重紀 筑波大学, 数理物質系, 講師 (80373190)
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| 研究分担者 |
北川 禎三 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 客員教授 (40029955)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ヘモグロビン / heterogeneity / Fe-His結合 / αサブユニット / βサブユニット / 三次構造変化 / 酸素親和性 / 四量体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は，ヘモグロビンの酸素親和性の高低がヘモグロビン分子の主鎖のゆらぎの振幅の大きさと相関があるのかについて実験的に検証すること（分子動力学による計算結果からそのゆらぎの振動はGHzから数十THzと予想されている．），またα鎖のFe-Hisのheterogenietyが何によって引き起こされているのかを明らかにすることにある．
2017年度の実績報告において，0.15 - 1.5 THzの範囲では酸素親和性の高低に対応する吸光度差を観測できなかったことを報告した．そこで，0.15 THzよりもさらに低波数域を測定するためにベクトルネットワークアナライザーを用いた系の構築を行い，75 - 141 GHzで実験を行ったが，酸素親和性の高低に対応する吸光度差は観測できなかった．また，水溶液のみならず，水（比誘電率80）よりも比誘電率の小さいグリセリン（比誘電率47）が80%存在するヘモグロビン溶液を用いて，酸素親和性の高低に対応する試料を調製して測定を行ったが，2017年度の0.15 - 1.5 THzの範囲の測定と同様，有意な吸光度差はみられなかった．
α鎖のFe-Hisのheterogenietyに関しては，2017年度の実績報告で「ヘモグロビンのT, R四次構造のうちT構造の時に出現し，その2つのバンドの波数は，酸素親和性とは相関がないことが明らかになった．」と記した．四量体についてはこの通りであるが，Hb Aのβ鎖のHis92をGlyに変異させ，イミダゾールを加えた変異Hb(rHb(βH92G))において四量体が解離してαβ二量体を形成するヘモグロビンのFe-Hisバンドにおいてもα鎖のFe-Hisのheterogenietyが観測された．α鎖のFe-Hisのheterogenietyの起源の研究において重要な結果であり，今後詳細を調べていく．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2017年度は，5 - 50 cm-1（0.15 - 1.5 THz）の範囲を，2018年度はベクトルネットワークアナライザーを用いた系の構築を行い，75 - 141 GHzで実験を行った．しかしながらいずれの場合も，酸素親和性の高低（最大の酸素親和性差は1000倍）に対応する吸光度差は観測できなかった．また，水溶液のみならず，水（比誘電率80）よりも比誘電率の小さいグリセリン（比誘電率47）が80%存在するヘモグロビン溶液を用いて，酸素親和性の高低に対応する試料を調製して測定を行ったが，0.15 - 1.5 THzの範囲の測定と同様，有意な吸光度差はみられなかった．このように，水溶液を含む，比誘電率が高い溶媒中にのテラヘルツ吸収分光及びベクトルネットワークアナライザーを用いた系の測定では，溶媒の吸収のため，「タンパク質のゆらぎの振幅の大きさの違いが存在する」としても「ゆらぎの振幅の大きさの違い」を観測するのが非常に困難であるということが明確に示された．一方，このことは比誘電率の大きい溶媒を使用しなければ「タンパク質のゆらぎの振幅の大きさの違いを観測する」可能性を示している．そこで，現在，そのような系として（溶媒として存在する水分子を排除するという観点から），ナノスケールの細孔（シリカゲル）にHb A分子（6.4 × 5.5 × 5.0 nm）を閉じ込め，細孔に入ったHb Aの測定を試みることを考えている．予備実験で無色のシリカゲルをHb A水溶液に加えて自然ろ過して溶液を取り除くと，シリカゲルが赤色になることを確かめている．このことは，シリカゲルの細孔内にHb A分子が取りこまれていることを示唆している．また，細孔のサイズの大きさが異なると，Hb A分子の取りこまれやすさが異なることも予備実験で確かめている．
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| 今後の研究の推進方策 |
比誘電率が高い溶媒中にのテラヘルツ吸収分光及びベクトルネットワークアナライザーを用いた系の測定では，溶媒の吸収のため，「タンパク質のゆらぎの振幅の大きさの違いが存在する」としても「ゆらぎの振幅の大きさの違い」を観測するのが非常に困難であるということが明確に示されたことから，溶媒として存在する比誘電率の大きい水分子を排除するという観点から，ナノスケールの細孔（シリカゲル）にHb A分子（6.4 × 5.5 × 5.0 nm）を閉じ込め，細孔に入ったHb Aの測定を試みることを考えている．シリカゲルを用いた予備実験では，Hb A水溶液に無色のシリカゲルを加えて半日ほど置き，シリカゲルをろ過して溶液を取り除くと，シリカゲルが赤色になることを確かめている．このことはからシリカゲルの細孔内にHb A分子が取りこまれていることが示唆される．このHb Aが取り込まれたことが期待できるシリカゲルを用いて，これまでに溶液で行ってきたテラヘルツ吸収分光及びベクトルネットワークアナライザーを用いた系の測定を行う計画である．
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