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2022 年度 実績報告書

鉄硫黄クラスター生合成マシナリーの反応過程における過渡的な中間状態の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H03204
研究機関埼玉大学

研究代表者

高橋 康弘  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10154874)

研究分担者 藤城 貴史  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20740450)
和田 啓  宮崎大学, 医学部, 准教授 (80379304)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード鉄硫黄クラスター / 鉄硫黄タンパク質 / 生合成
研究実績の概要

1) IscUは、ISCマシナリーにおいてFe-Sクラスターの組み立てを担う中核成分である。われわれは2021年度、会合面に2つの [2Fe-2S] クラスターを集積した、対称的な二量体構造を明らかにしている。本年(2022年)度は、IscUのD40A/H106A二重変異型が、野生型とは異なる非対称な二量体を形成すること、また二量体を架橋する形で1つの [2Fe-2S] クラスターを持つことを明らかにした。これらの構造は、IscUにおけるFe-Sクラスターの配位構造や二量体の会合様式に、著しい柔軟性があることを示している。
2) シクロセリンは、結核の治療などに用いられる抗生物質であり、D-体とL-体の2つの異なる光学異性体が知られている。これら2つの異なるシクロセリン光学異性体が、鉄硫黄クラスター生合成系SUFマシナリーのPLP依存性システイン脱硫酵素SufSに対して、それぞれ異なる機構で阻害作用を示すことを明らかにした。この結果は、病原性微生物による感染症治療において、SufSを標的とする新たな創薬の可能性を示すものである。
3) 偏性嫌気性のバクテリアやアーキアの中には、sufBとsufCのみをコードしている(sufD, sufS, sufE, sufU, isc関連遺伝子を持たない)ものが見られる。その一つについて結晶構造を決定し、SufB2C2複合体を形成することを明らかにした。また、大腸菌のFe-Sクラスター生合成欠損株で発現させて異種間での相補能を検討したところ、嫌気かつNa2Sを添加した培養条件でのみ相補することを見出した。したがって、このSufB2C2複合体は、嫌気条件下で遊離のS2-(HS-)を硫黄源とする、Fe-Sクラスター生合成系のプロトタイプと考えられる。

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

IscUの二量体構造の柔軟性を解き明かしたこと、またSufB2C2複合体がFe-Sクラスター生合成系のプロトタイプとして機能することを見出したことで、作動機構に関する重要な示唆を得ることができた。研究計画は概ね順調に進展していると評価できる。

今後の研究の推進方策

IscUについては、Fe-Sクラスター近傍のアミノ酸に対して、さらに系統的な変異導入を試みる。[4Fe-4S] クラスターを安定に保持することのできる変異型が得られれば、EPRなどの分光学的な解析と結晶構造解析により、クラスター変換におけるメカニズムの詳細を立体構造に基づいて具体的に明らかにする。
SUFマシナリーについては、SufB2C2複合体にフォーカスして解析を進める。Fe-Sクラスター中間体を保持したホロ型が得られれば、分光学的解析ならびにX線結晶構造解析によって実体を明らかにする。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Cycloserine enantiomers inhibit PLP‐dependent cysteine desulfurase SufS via distinct mechanisms2022

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Ryosuke、Ogawa Shoko、Takahashi Yasuhiro、Fujishiro Takashi
    • 雑誌名

      The FEBS Journal

      巻: 289 ページ: 5947~5970

    • DOI

      10.1111/febs.16455

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of cell death in Bacillus subtilis caused by sesquiterpenes from Chrysopogon zizanioides (L.) Roberty2022

    • 著者名/発表者名
      Shinjyo Yu、Midorikawa Naoya、Matsumoto Takashi、Sugaya Yuki、Ozawa Yoshiki、Oana Ayumi、Horie Chiaki、Yoshikawa Hirofumi、Takahashi Yasuhiro、Hasegawa Toshio、Asai Kei
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 68 ページ: 62~70

    • DOI

      10.2323/jgam.2021.09.005

    • 査読あり
  • [学会発表] Structural insights into biosynthesis of a [4Fe-4S] cluster via coupling of two adjacent [2Fe-2S] clusters in the IscU enzyme.2022

    • 著者名/発表者名
      Kouhei Kunichika, Ryosuke Nakamura, Takashi Fujishiro, Yasuhiro Takahashi
    • 学会等名
      錯体化学会第72回討論会
  • [学会発表] 鉄硫黄クラスター生合成に関わるSUF、SUF-like、ISC系の硫黄供給システムの酸化ストレス耐性の比較2022

    • 著者名/発表者名
      槇 千智、室賀 直来、寺畑 拓也、島田 侑希乃、國近 航平、中村 亮裕、藤城 貴史、高橋 康弘
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
  • [学会発表] メタン生成古細菌のSufB2C2複合体は鉄硫黄クラスター生合成系SUFマシナリーのプロトタイプである2022

    • 著者名/発表者名
      村上 太一、村田 真耶、藤城 貴史、高橋 康弘
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
  • [学会発表] 2つの異なるタイプのシステインデスルフラーゼと基質類似分子との反応2022

    • 著者名/発表者名
      大塚 穂乃、中村 亮裕、小川 翔子、藤城 貴史、高橋 康弘
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
  • [学会発表] Structural and functional analyses of E. coli SufBCD complex involved in iron-sulfur clusters biogenesis.2022

    • 著者名/発表者名
      Kei Wada, Yoshikazu Tanaka, Yasuhiro Takahashi
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 鉄硫黄クラスター生合成を担う SUFマシナリーの構造機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      和田啓、田中良和、高橋康弘
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanism of the SUF system involved in the iron-sulfur cluster biogenesis.2022

    • 著者名/発表者名
      Kei Wada1, Yoshikazu Tanaka, Yasuhiro Takahashi
    • 学会等名
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry (AsBIC10)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural basis for biosynthesis of a [4Fe-4S] cluster from two [2Fe-2S] clusters on the IscU enzyme in ISC machinery2022

    • 著者名/発表者名
      Kouhei Kunichika, Ryosuke Nakamura, Takashi Fujishiro, Yasuhiro Takahashi
    • 学会等名
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry (AsBIC10)
    • 国際学会
  • [備考] 分子統御研究室ホームページ

    • URL

      http://park.saitama-u.ac.jp/~tougyo/Home.html

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公開日: 2023-12-25  

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