一酸化窒素の生体内動態の分子科学

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26220807
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 城 宜嗣 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (70183051)
• 研究分担者: 澤井 仁美 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 助教 (50584851) ; 杉田 有治 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (80311190)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• キーワード: 一酸化窒素 / 酵素反応 / 脱窒 / 温室効果ガス / 呼吸酵素 / 分子進化 / 窒素循環

研究実績の概要

緑膿菌P. aeruginosaの脱窒反応におけるNOの細胞内動態を明らかにした。既に明らかにしているNO産生酵素（亜硝酸還元酵素：NiR）とNO消去酵素（一酸化窒素還元酵素：cNOR）の複合体構造を基盤にした分子動力学計算を行った。この複合体形成により、NiRは細胞膜に近接して存在し、NiRが産生するNOは疎水環境を好むため、速やかに細胞質側ではなく細胞膜内に拡散する。近傍に存在するcNORには、酵素外から活性中心へと疎水的なチャネルが存在するため、ほぼ拡散律速でNOはcNOR活性中心へ運ばれる。cNORの疎水性チャネルから活性中心への出口近傍には保存されたValが存在しており、NOの活性中心への接近を動的に制御している事を、変異体解析により明らかにした。一方で、cNORのNO消去反応が３段階の反応である事を明らかにしていたが、その３段階めの反応にプロトン輸送が関与していることも明らかにした。今後は、caged NOのクライオ閃光分解とX線結晶構造解析ならびにESR法を組み合わせた方法で、cNORのNO消去反応で現れる２つの短寿命反応中間体の構造解析を行う予定である。
髄膜炎菌N. meningitisおよび日和見感染菌A. xylosoxidansのqNORの構造解析を進めた。AxqNORに関しては、クライオ電顕により二量体構造（分解能　3.2オングストローム）を決定した。NmqNORはX結晶構造解析とクライオ電顕を併用して最終構造を得る。特に、すでに解析を終わっている電子供与体キノン、阻害剤ベンソキノンとHQNOの複合体構造を解析中である。NmqNORをリポソームに再構成した系を用いて、この呼吸酵素の呼吸調節率（RCR）を２と決定した。この結果により、qNORは好気呼吸酵素の分子進化の原型であると決定した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] リバプール大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: リバプール大学
• [国際共同研究] ストックホルム大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: ストックホルム大学
• [雑誌論文] Pseudomonas aeruginosa Overexpression System of Nitric Oxide Reductase for in vivo and in vitro Mutational Analyses (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Yamagiwa, T. Kurahashi, M. Takeda, M. Adachi, H. Nakamura, H. Arai, Y. Shiro, H. Sawai, T. Tosha
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta Bioenergetics 巻: 1859 ページ: 333-341
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2018.02.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution of Full-Length P450BM3 with an Artificial Metal Complex by Utilising the Transpeptidase Sortase A (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Omura, Y. Aiba, H. Onoda, J. Stanfield, S. Ariyasu, H. Sugimoto, Y. Shiro, O. Shoji, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 54 ページ: 7892-7895
  • DOI: https://doi.org/10.1039/C8CC02760A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Basis of Ascrobate-dependent Ferric Reduction by Human Duodenal Cytochorme b561 Involved in Iron Absorption (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ganasen, H. Togashi, H. Takeda, S. Nagatoishi, K. Tsumoto, T. Urano, S. J. Takayama, G. A. Mauk, Y. Shiro, H. Sawai, H. Sugimoto
  • 雑誌名: Commun. Biol. 巻: 1 ページ: 120
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0121-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy of Bacterial Nitric Oxide Reductase under Electrochemical Control Using Vibrational Probe of Carbon Monoxide (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kato, S. Nakagawa, T. Tosha, Y. Shiro, Y. Masuda, K. Nakata, I. Yagi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9 ページ: 5196-5200
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b02581
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a Novel Zinc-binding Protein, C1orf123, as an Interactor with a Heavy Metal-associated Domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Furukawa, C. T. Lim, T. Tosha, S. Akiyama, S. Watanabe, K. Nakagome, Y. Shiro
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 ページ: e020435
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0204355
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of an Internal Cavity in the PhoQ Sensor Domain for PhoQ Activity and SafA-mediated Control (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshitani, E. Ishii, K. Taniguchi, H. Sugimoto, Y. Shiro, H. Mori, Y. Akiyama, A. Kato, R. Utsumi, Y. Eguchi
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 83 ページ: 684-694
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1562879
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Coordination and Electronic Structures of Short-Lived Intermediate of Heme-Containing NO Reductases (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: 233rd ECS Meeting, Seattle, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Coordination and Electronic Structures of Short-Lived Intermediate in Heme-Containing NO Reductases (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiro, Y.
  • 学会等名: Chemistry and Biology of Tetrapyrroles” Gordon Research Conference, Newport, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Characterization of Sort-Lived Reaction Intermediates of Nitric Oxide Reductases by Time-Resolved Techniques (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeda, H., Nomura T., Tosha, T., Sugimoto, H., Kubo, M., Shiro, Y.
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry (AsBIC-9), Natl. Univ. Singapore
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] RSC Metallobiology Series No. 13, Dioxygen-dependent Heme Enzymes (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Tosha, Y. Shiro
  • 総ページ数: 375
  • 出版者: The Royal Society of Chemistry
  • ISBN: 978-1-78262-991-7
• [備考] 兵庫県立大 大学院生命理学研究科 細胞制御Ⅱ分野
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/regulation/index-j.html
• [備考] 理化学研究所 放射光科学研究センター （兵庫県立大学 連携講座「細胞膜超分子複合体機能解析学講座」）
  • URL: http://www2.riken.jp/biometal/index.htm