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2013 年度 実績報告書

ヘムオキシゲナーゼ研究の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 23550186
研究機関東北大学

研究代表者

松井 敏高  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90323120)

キーワードヘム代謝 / 酸素活性化 / 反応機構 / 結核菌 / 黄色ブドウ球菌 / ホルムアルデヒド
研究概要

最終年度は主にIsdG型ヘム分解酵素の反応機構について検討した。黄色ブドウ球菌のIsdGによる反応では、結核菌のIsdG型酵素(MhuD)と同様、COが発生しないことが示された。ポルフィリン環開裂部の炭素はホルムアルデヒドとして遊離していたことから、IsdG反応機構が従来型ヘム分解酵素(HO)とは大きく異なり、MhuDとは類似していることが示された。これらの結果、IsdG型ヘム分解酵素に共通するヘムの歪みが、その特殊なヘム分解機構の主因であると考えられた。
MhuDについては反応初段階における中間体の観測に成功し、共鳴ラマンによる解析の結果、酸素結合型ヘムと同定された。驚くべきことに、酸素の振動に由来するシグナルは他のヘムタンパク質と同様の位置に観測され、ヘム配位子は歪みの影響を受けにくいことが示された。よって、IsdG型酵素の特殊な反応性は、主に歪みによる立体配置の変化、または、ポルフィリン環側の状態変化に起因すると予想される。さらに過酸化水素によるヘム分解経路の発見などにより、IsdG型酵素の機構解明に向けた基礎的な情報を得ることができた。
数十年にわたるヘム分解酵素の研究において、自然界にはHO型の反応機構のみが存在すると考えられてきた。しかし今回のIsdG型酵素の研究により、病原性細菌における新たなヘム分解戦略の存在が明らかとなり、その生理学的な重要性も提案された。さらに前年までに、HO型酵素にも新反応が存在し、動物細胞内でも進行することを示した。これらの成果は「ヘム分解酵素研究のパラダイムシフト」を起こしたと高く評価されており、中でも2013年に発表したMhuD反応に関する研究は、J. Biol. Chem.誌の年度代表論文(Enzymology分野)に選出された。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] 歪みで誘起される新たなヘム分解反応2014

    • 著者名/発表者名
      松井敏高
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 54 ページ: 104-105

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heme degradation by Staphylococcus aureus IsdG and IsdI liberates formaldehyde rather than carbon monoxide2013

    • 著者名/発表者名
      T. Matsui, S. Nambu, Y. Ono, C. W. Goulding, K. Tsumoto, M. Ikeda-Saito
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 52 ページ: 3025-3027

    • 査読あり
  • [学会発表] Heme Degradation without Releasing CO: Unique Reaction Mechanism of IsdG-type Heme Degrading Enzymes

    • 著者名/発表者名
      T. Matsui, S. Nambu, Y. Ono, C. W. Goulding, S. Takahashi, K. Tsumoto, M. Ikeda-Saito
    • 学会等名
      NIH-Tohoku University-JSPS International Symposium on Cutting Edge Biomedical Research
    • 発表場所
      Sendai, Japan
  • [学会発表] ヘム分解の多様な分子機構

    • 著者名/発表者名
      松井敏高
    • 学会等名
      生物無機化学の新潮流と展望
    • 発表場所
      名大(名古屋)
    • 招待講演
  • [学会発表] ヘム代謝の多様な戦略

    • 著者名/発表者名
      松井敏高
    • 学会等名
      分子研シンポジウム2013
    • 発表場所
      分子研(岡崎)
    • 招待講演
  • [学会発表] 歪みで誘起される新たなヘム代謝反応

    • 著者名/発表者名
      松井敏高
    • 学会等名
      第13回 日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      とりぎん会館(鳥取)
    • 招待講演
  • [学会発表] Heme Degradation without Releasing CO: Unique Reaction Mechanism of IsdG-type Heme Degrading Enzymes

    • 著者名/発表者名
      T. Matsui, S. Nambu, Y. Ono, S. Takahashi, M. Ikeda-Saito C.W. Goulding K. Tsumoto
    • 学会等名
      International Conference on BioInorganic Chemistry (ICBIC16)
    • 発表場所
      Grenoble, France
    • 招待講演
  • [学会発表] Unique reaction mechanisms of IsdG-type heme dagrading enzymes from pathogenic bacteria

    • 著者名/発表者名
      T. Matsui
    • 学会等名
      Sixth Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experiments and Simulations
    • 発表場所
      Okazaki, Japan
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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