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2011 年度 実績報告書

ヘムオキシゲナーゼの反応機構

研究課題

研究課題/領域番号 21350087
研究機関東北大学

研究代表者

齋藤 正男  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70302239)

キーワードヘム代謝 / 酸素活性化 / ベルドヘム / 構造活性相関 / メスバウアー
研究概要

ヘムオキシゲナーゼ(HO)は、3段階の酸素添加反応によってヘム(鉄-ポルフィリン錯体)を鉄イオン・一酸化炭素(CO)・ビリベルジンに分解する酵素である。HO反応は生理的に重要なだけでなく、その特異な反応機構にも興味が持たれている。本研究では、従来型HO反応の完全解明を主な目的とするとともに、近年見つかった新たなヘム分解反応の解明をも目標とする。
通常のHO反応について、最重要ステップであるベルドヘム開環メカニズムの解明をメスバウアー分光法により検討した。まず、ラベル化したベルドヘム-HO複合体の調製法を改良し、出発状態に含まれる不純物の除去に成功した。さらに嫌気状態での反応液迅速凍結システムを構築することで、経時的なメスバウアースペクトル変化の測定に成功した。この結果、短寿命の鉄4価錯体の生成が確実に示され、長年の謎であったポルフィリン環開裂機構が明らかとなった。
HO反応の新規ヘム代謝産物に関しては、動物細胞の培養液中から検出することに成功した。その生成量は低酸素状態で増加し、これは精製酵素を用いた反応系の場合と同じであった。これらの結果は新HO反応が生体内でも進行しうることを示すとともに、その生体内挙動は精製酵素系での知見に基づいて予見可能なことを示唆している。
さらに、従来型HOとは異なるファミリーに属する結核菌由来のヘム分解酵素(MhuD)の研究も進めた結果、生成物がビリベルジンとは大きく異なることが示された。特にCOが遊離しないことは、MhuDがベルドヘム中間体を経由しないでヘムを開環させていることを示し、従来のヘム分解メカニズムとは全く異なる反応機構が予想される。今後、この機構の違いなどをターゲットとした抗菌剤の開発などが期待される。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Heme regulates B-cell differentiation, antibody class switch, and heme oxygenase-1 expression in B cell as a ligand of Bach22011

    • 著者名/発表者名
      M. Watanabe-Matsui, A. Muto, T. Matsui, A. Itoh-Nakadai, O. Nakajima, K. Murayama, M. Yamamoto, M. Ikeda-Saito, K. Igarashi
    • 雑誌名

      Blood

      巻: 117 ページ: 5438-5448

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属タンパク質のX線結晶構造解析:ヘム分解酵素の反応中間体2011

    • 著者名/発表者名
      海野昌喜, 松井敏高, 齋藤正男
    • 雑誌名

      日本結晶学会誌

      巻: 53 ページ: 213-218

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ヘム分解における酸素活性化:活性酸素の有効利用2011

    • 著者名/発表者名
      松井敏高
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 51 ページ: 132-133

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Binding and Selectivity of the Marine Toxin Neodysiherbaine A and Its Synthetic Analogues to GluK1 and GluK2 Kainate Receptors2011

    • 著者名/発表者名
      M.Unno, et al
    • 雑誌名

      J.Mol.Biol.

      巻: 413 ページ: 667-683

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2011.08.043

    • 査読あり
  • [学会発表] Heme oxygenase catalytic mechanism2011

    • 著者名/発表者名
      M.Ikeda-Saito
    • 学会等名
      15th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
    • 発表場所
      Vancouver, Canada(招待講演)
    • 年月日
      2011-08-09
  • [学会発表] Ring-opening mechanism of verdoheme by heme oxygenase2011

    • 著者名/発表者名
      T.Matsui
    • 学会等名
      15th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
    • 発表場所
      Vancouver, Canada
    • 年月日
      2011-08-07
  • [学会発表] Heme oxygenase catalytic mechanism2011

    • 著者名/発表者名
      M.Ikeda-Saito
    • 学会等名
      International symposium on activation of dioxygen and homogeneous catalyst
    • 発表場所
      名護(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-03

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公開日: 2013-06-26  

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