紫外共鳴ラマン分光法によるヘム蛋白質高次構造変化の検出と蛋白質機能制御機構の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24350086
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 北川 禎三 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 特任教授 (40029955)
• 研究分担者: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (70183770) ; 長友 重紀 筑波大学, 数理物質科学研究科(系), 講師 (80373190)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 生物物理 / 蛋白質 / シグナル伝達 / 生体分子 / 分子認識 / 振動分光 / 共鳴ラマン散乱

研究概要

ヒトヘモグロビンの３つのTrp残基それぞれの、近紫外CD（円２色性）スペクトル及び紫外共鳴ラマンスペクトルを変異株との差スペクトル法で決め、それらのR→Tの４次構造変化によるスペクトル変化を決めた。α14及びβ15TrpはRでもTでも負のCDバンドを与えたが、β37TrpはRで正のCDを与えTではそれが弱くなった。共鳴ラマンスペクトルより、β37Trpの変化はTで水素結合が強くなるためである事がわかった。Trp残基のCDについてより深く調べるために、そのモデル化合物であるインドールC３誘導体について、近紫外CDと紫外共鳴ラマンスペクトルを詳しく調べて、J. Phys. Chem.に発表した．C3にアルキル基を付けたものは、共鳴ラマンスペクトルはTrpと同じであるが、CDは観測されなかった．C3にアミノ酸のCαを結合させた時のみCDが観測されたが、紫外共鳴ラマンスペクトルは変わらなかった．アミノ酸のCαに結合するカルボン酸をエステルにしてもCDは変わらないが、アミノ基をアセチル化するとCDが変わった．この実験より、TrpのCDはC3へのσ結合を通して起こることがわかった。NOセンサー蛋白である、ウシ肺のグアニレートシクラーゼ(sGC)の共鳴ラマンスペクトルを観測したが、それを説明するために、そのヘム結合部位のモデルとなる、バクテリアのH-NOX蛋白の共鳴ラマンスペクトルを観測した．sGCとH-NOXのラマンの類似性が確立したので、次年度はその蛋白に同位体ラベルしたヘムを挿入し、振動スペクトルの帰属を確立して、sGCのラマンスペクトルを解析する。そのためにH-NOXを大腸菌でリコンビナント蛋白として作らせるシステムを用意し、それでH-NOXを作って共鳴ラマンスペクトルを測定する。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

トリプトファン残基の近紫外円二色性（CD）と紫外共鳴ラマンスペクトルの関係を詳しく調べ、J. Phys. Chem.に発表した．ガスセンサー蛋白のsGCのラマンスペクトルの解析のために、そのヘム結合部位モデルとなるH-NOX蛋白の発現系を大腸菌に準備して

今後の研究の推進方策

本年度は、NOセンサー蛋白の可溶性グアニレートシクラーゼ(sGC)及びそのモデル蛋白であるバクテリアのH-NOXの共鳴ラマンスペクトルを調べる．そのH-NOX蛋白に同位体ラベルへムを挿入出来るシステムを作り、ラマンバンドの帰属を確立する．実際的には、中国、吉林大学のXu, HaoranがsGCのβのモデルとなる、バクテリアのH-NOX蛋白の発現に成功し、それを兵庫県立大学に持参して共鳴ラマンスペクトルを測定するという共同研究を進めるために、旅費を多めに確保した。

次年度の研究費の使用計画

中国の吉林大学の共同研究者が２５年度途中で他の大学に昇進し、吉林大学で新しく共同研究者を選んで、仕事を引き継いだが、相当に遅れ、3回来日するところが１回になったため。
昨年度１度しか来学できなかった、吉林大学のXu,Haoranを、本年は２度に渡って招聘し、共同研究を進める．７月と９月に招聘予定．

研究成果

• [雑誌論文] Highly Reactive Nonheme Iron(III)-Iodosylarene Complexes in Alkane Hydroxylation and Sulfoxidation Reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Hong, B. Wang, M. S. Seo, Y. M. Lee, M. J. Kim, H. Kim, T. Ogura, R. Garcia-Serres, M. Clemancey, J. M. Latour, W. Nam
  • 雑誌名: Angewant Chemie Intl. Edi. 巻: 53 ページ: 6388-6392
  • DOI: 10.1002/anie.201402537
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic control of discrimination between O2 and CO in myoglobin lacking the distal histidine residue (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryu Nishimura, Tomokazu Shibata, Izumi Ishigami, Takashi Ogura, Hulin Tai, Satoshi Nagao, Takashi Matsuo, Shun Hirota, Osami Shoji, Yoshihito Watanabe, Kiyohiro Imai, Saburo Neya, Akihiro Suzuki, and Yasuhiko Yamamoto
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 53 ページ: 1091-1099
  • DOI: 10.1021/ic402625s
  • 査読あり
• [雑誌論文] A copper complex supported by an N2S-tridentate ligand inducing efficient (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Tano, Kaoru Mieda, Hideki Sugimoto, Takashi Ogura, and Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Dalton Trans 巻: 43 ページ: 4871-4877
  • DOI: 10.1039/c3dt52952e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of carboxylate donors in O-O bond scission of peroxodi-iron(iii) to high-spin oxodi-iron(iv) with a new carboxylate-containing dinucleating ligand. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahito Kodera, Tomokazu Tsuji, Tomohiro Yasunaga, Yuka Kawahara, Tomoya Hirano, Yutaka Hitomi, Takashi Nomura, Takashi Ogura, Yoshio Kobayashi, P. K. Sajith, Yoshihito Shiota, and Kazunari Yoshizawa
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 5 ページ: 2282
  • DOI: 10.1039/c3sc51541a.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-UV Circular dichroism and UV resonance Raman spectra of tryptophan residues as a structural marker of proteins. (2013)
  • 著者名/発表者名: Biswajit Pal, Katsuhiro Tanaka, Shigeo Takenaka, and Teizo Kitagawa
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: １７ ページ: 240-246
  • DOI: 10.1142/S1088424613500375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-UV Circular dichroism and UV resonance Raman spectra of tryptophan residues as a structural marker of proteins. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigenori Nagatomo, Masako Nagai, Takashi Ogura, and Teizo Kitagawa
  • 雑誌名: J. Physical Chemistry B 巻: 117 ページ: 9343-9363
  • DOI: 10.1021/jp404685x |
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective pumping proton collection facilitated by a copper site (CuB) of bovine heart cytochrome c oxidase, revealed by a newly developed time-resolved infrared system (2013)
  • 著者名/発表者名: Minoru Kubo, Satoru Nakashima, Satoru Yamaguchi, Takashi Ogura, Masao Mochizuki, Jiyoung Kang, Masaru Tateno, Kyoko Shinzawa-Itoh, Koji Kato, and Shinya Yoshikawa
  • 雑誌名: J. Biological Chemistry 巻: 288 ページ: 30259-30269
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.473983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox properties of a mononuclear copper(II)-superoxide complex (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Tano, Yuri Okubo, Atsushi Kunishita, Minoru Kubo, Hideki Sugimoto, Nobutaka Fujieda, Takashi Ogura, and Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 52 ページ: 10431-10437
  • DOI: 10.1021/ic401261z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mononuclear manganese-peroxo and bis(μ-oxo)dimanganese complexes bearing a common N-methylated macrocyclic ligand (2013)
  • 著者名/発表者名: Hyeona Kang, Jaeheung Cho, Kyung-Bin Cho, Takashi Nomura, Takashi Ogura, Wonwoo Nam
  • 雑誌名: Chemistry 巻: 19 ページ: 14119-14125
  • DOI: 10.1002/chem.201301641
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxo-sulfido- and oxo-selenido-molybdenum(VI) complexes possessing dithiolene ligand related to the active sites of hydroxylases of molybdoenzymes: Low temperature preparation and characterization (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideki Sugimoto, Susumu Tatemoto, Kazuo Toyota, Kenji Ashikari, Minoru Kubo, Takashi Ogura, and Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 49 ページ: 4358-4360
  • DOI: 10.1039/C2CC35345H
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new series of bis(ene-1,2-dithiolato)tungsten(IV), -(V), -(VI) complexes as reaction centre models of tungsten enzymes: preparation, crystal structures and spec-troscopic properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideki Sugimoto, Kohei Hatakeda, Kazuo Toyota, Susumu Tatemoto, Minoru Kubo, Takashi Ogura, and Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 42 ページ: 3059-3070
  • DOI: 10.1039/C2DT32179C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonance Raman spectral properties of FMN of bovine heart NADH-ubiquinone oxidoreductase suggesting a mechanism for prevention of spontaneous production of reactive oxygen species (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahide Hikita, Kyoko Shinzawa-Itoh, Masakazu Moriyama, Takashi Ogura, Kiyohito Kihira, and Shinya Yoshikawa
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 ページ: 98-104
  • DOI: 10.1021/bi3011972
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Hydrogen-Bonded Oligomers in Associating Liquid by 1H NMR: 1-Phenyl-1-cyclohexanol (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigenori Nagatomo, Megumi Nobuhira,Yasuhisa Yamamura, Masato Sumita, and Kazuya Saito
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 569-576
  • DOI: 10.1246/bcsj.20120322
  • 査読あり
• [学会発表] チトクロムc酸化酵素の酸化還元反応の時間分解赤外吸収測定を目的とした酸素肺フローシステムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西口達人, 引田理英, 新澤-伊藤恭子, 吉川信也, 中島 聡, 小倉尚志
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 時間分解振動分光法によるチトクローム酸化酵素の反応初期過程 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中島 聡, 久保 稔, 石上 泉, 新澤-伊藤恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] Peroxide-reactivity of copper complexes supported by tridentate ligands having cyclic-diamine frameworks (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsukasa Abe, Takashi Ogura, Yuma Morimoto, Hideki Sugimoto, Nobutaka Fujieda, and Shinobu Itoh
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] ヘム鉄の電子密度の変化がデオキシミオグロビンのFe-His配位結合に及ぼす影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村 龍, 柴田友和, 太 虎林, 石上 泉, 柳澤幸子, 小倉尚志, 根矢三郎, 鈴木秋弘, 山本泰彦
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 完全酸化型チトクロム c 酸化酵素の酸化還元活性金属中心とアザイドの相互作用の分光学的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahide Hikita, Akima Yamamoto, Tomoko Maeda, Kyoko Shinzawa-Itoh, Takashi Ogura, and Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
  • 年月日: 20131028-20131030
• [学会発表] 発 表 標 題 チトクロムc 酸化酵素の酸素還元反応における赤外吸収測定を目的とした酸素肺フローシステムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhito Nishiguchi, Masahide Hikita, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Satoru Nakashima, and Takashi Ogura
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
  • 年月日: 20131028-20131030
• [学会発表] インドールアミン2,3 ジオキシゲナーゼの基質トリプトファンの検出-紫外共鳴ラマン分光法 (2013)
  • 著者名/発表者名: achiko Yanagisawa, Masayuki Hara, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, and Takashi Oguara
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
  • 年月日: 20131028-20131030
• [学会発表] タンパク質中のトリプトファン残基の近紫外円二色性と紫外共鳴ラマンスペクトルの特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: higenori Nagatomo, Masako Nagai, Takashi Ogura, and Teizo Kitagawa
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
  • 年月日: 20131028-20131030
• [学会発表] Interaction Between Heme and Heme-Cu Binuclear Center in Cytochrome c Oxidase (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sakaguchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, and Takashi Ogura
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
  • 年月日: 20131028-20131030
• [学会発表] Thermodynamic Study of Cyclic Oligomers via Hydrogen Bonds in Organic Liquids (2013)
  • 著者名/発表者名: higenori Nagatomo, Yasuhisa Yamamura, Kazuya Saito
  • 学会等名: The Fifth International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials.
  • 発表場所: Yokohama Media and Communications Center（神奈川県）
  • 年月日: 20131028-20131029
• [学会発表] High-resolution femtosecond crystallography at SACLA, a challenge of reducing the X-ray radiation damage on super molecular assemblies (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideo Ago, Kunio Hirata, Go Ueno, Hironori Murakami, Takehiko Tosha, Tamao Hisano, Minoru Kubo, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Masaki Yamamoto, Eiki Yamashita, Jian-Ren Shen, Kyoko Shinzawa-Ito, Koji Kato, Miki Hatanaka, Shuhei Takemura, Naomine Yano, Takashi Ogura, Shinya Yoshikawa, and Tomitake Tsukihara
  • 学会等名: 11th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation (BSR)
  • 発表場所: Grand Elysee Hotel Hamburg, Germany
  • 年月日: 20130908-20130911
• [学会発表] 生体高分子の機能制御におけるゆらぎの役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長友重紀
  • 学会等名: つくばソフトマター研究会2013
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県）
  • 年月日: 20130823-20130825
  • 招待講演
• [学会発表] ヘモグロビンの機能制御における四次構造変化、α鎖，β鎖の役割：共鳴ラマン分光による研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長友重紀
  • 学会等名: 第26回生物無機化学夏季セミナー（生物無機化学研究会）
  • 発表場所: 茨城県、阿字ケ浦クラブ
  • 年月日: 20130823-20130825
  • 招待講演
• [学会発表] Real time observation of water-channel closure controlled by CuB in bovine cytochrome c oxidase using a novel high-sensitivity infrared system (2013)
  • 著者名/発表者名: Minoru Kubo, Satoru Nakashima, Satoru Yamaguchi, Takashi Ogura, Masao Mochizuki, Jiyoung Kang, Masaru Tateno, Kyoko Shinzawa-Itoh, Koji Kato, and Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: International Conference on BioInorganic Chemistry ICBIC-16
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 20130722-20130726
• [学会発表] Mechanism for ligand discrimination in myoglobin (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Yamamoto, Ryu Nishimura, Tomokazu Shibata, Hulin Tai, Izumi Ishigami, Takashi Ogura, Satoshi Nagao, Takashi Matsuo, Shun Hirota, Kiyohiro Imai, Saburo Neya, and Akihiro Suzuki
  • 学会等名: International Conference on BioInorganic Chemistry ICBIC-16
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 20130722-20130726
• [学会発表] チトクロムc酸化酵素の高効率プロトンポンプを可能にするタンパク質構造ダイナミクス: 振動分光法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小倉尚志
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取県）
  • 年月日: 20130612-20130614
  • 招待講演
• [学会発表] 休止酸化型チトクロムc酸化酵素の酸化還元部位の化学構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 坂口美幸, 新澤-伊藤恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • 学会等名: 感応性化学種が拓く新物質科学第２回公開シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学医学部百年記念講堂（福岡県）
  • 年月日: 20130610-20130611
• [学会発表] 酵素反応中に見られる感応性化学種の振動分光法による補足と精密構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小倉尚志
  • 学会等名: 感応性化学種が拓く新物質科学第２回公開シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学医学部百年記念講堂（福岡県）
  • 年月日: 20130610-20130611
• [学会発表] ドメインスワップしたシトクロムc多量体の形成および安定性に影響を及ぼす因子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣田 俊, Ari Dwi Nugraheni, 山城信裕, 安藤勇輝, 長尾 聡, Zhonghua Wang, 柳澤幸子, 小倉尚志
  • 学会等名: 第40回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府）
  • 年月日: 20130607-20130608
• [学会発表] 基質結合型インドールアミン2,3 ジオキシゲナーゼの基質の検出-紫外共鳴ラマン分光法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳澤幸子, 原 雅行, 杉本 宏, 城 宜嗣, 小倉尚志
  • 学会等名: 第40回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府）
  • 年月日: 20130607-20130608
• [学会発表] Resonance Raman Study on Cytochrome c Oxidase Reconstituted in the Phospholipids Vesicles (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nomura, Sachiko Yanagisawa, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, and Takashi Ogura
  • 学会等名: The 4th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry (CanBIC-4)
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 年月日: 20130521-20130525
• [学会発表] Interaction Between Heme and Heme-Cu Binuclear center in Cytochrome c oxidase (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sakaguchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, and Takashi Ogura
  • 学会等名: The 4th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry (CanBIC-4)
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 年月日: 20130521-20130525
• [学会発表] Detection of tryptophan as bound substrate in indoleamine 2,3-dioxygenase (2013)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Yanagisawa, Masayuki Hara, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, and Takashi Ogura
  • 学会等名: The 4th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry (CanBIC-4)
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 年月日: 20130521-20130525
• [学会発表] Identification of functionally important conformational changes in cytochrome c oxidase (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ogura
  • 学会等名: The 4th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry (CanBIC-4)（招待講演）
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 年月日: 20130521-20130525
  • 招待講演