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2021 年度 実績報告書

(6-4)光回復酵素によるDNA修復過程の分子動画撮影

公募研究

研究領域高速分子動画法によるタンパク質非平衡状態構造解析と分子制御への応用
研究課題/領域番号 20H05442
研究機関大阪大学

研究代表者

山元 淳平  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (90571084)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードDNA修復 / DNA損傷 / 光回復酵素 / 反応解析 / 構造生物学
研究実績の概要

DNA修復酵素の一つである(6-4)光回復酵素による修復反応を時分割シリアルフェムト秒X線結晶構造解析によって追跡することを目的とし、クラミドモナス由来動物類縁型クリプトクロム(CraCRY)と損傷DNA複合体の共結晶作成およびSACLAでの構造解析を行なった。DNA配列に工夫を施すことで、酵素-DNA複合体の微結晶を再現性良く作成することに成功した。酸化型FADを有するCraCRY-DNA複合体の三次元構造を2.2オングストロームの分解能で解いたところ、従来の低温シンクロトロン構造とは異なり、DNA修復活性に重要なヒスチジン側鎖の配向が常温では揺らいでいることが明らかとなった。DNA修復活性を示す二電子還元型FADH-を有するCraCRY-DNA複合体共結晶を得るため、暗下嫌気条件下にて共結晶化を行なったところ、DNA修復活性を有する共結晶の作成にも成功した。今後、SACLAにて時分割測定を行う。
また、溶液中におけるDNA修復反応の追跡のため、修復反応に伴い過渡的に形成する中性FADHラジカルの寿命を測定したところ、1光子目の反応は40マイクロ秒で、また2光子目の反応は200ナノ秒で進行することを見出し、学術誌に投稿・受理された。これは時分割実験において重要な入力パラメーターであるため、この知見をもとにして今後SACLAでの実験を進める。さらに、赤外分光法による構造解析を行うため、反応に関与すると考えられる損傷内のヒドロキシ基酸素原子を重原子へと置換したDNA基質を合成し、兵庫県立大・久保教授のグループと共同研究を行った。現在、反応中間体と考えられる信号が得られており、今後重原子置換基質を用いて中間体の構造同定を進める。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (1件)

  • [国際共同研究] 台湾・Academia Sinica(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      台湾・Academia Sinica
  • [国際共同研究] CEA Saclay(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CEA Saclay
  • [国際共同研究] フィリップ大学マールブルグ(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      フィリップ大学マールブルグ
  • [雑誌論文] Kinetics of Electron Returns in Successive Two-Photon DNA Repair by (6-4) Photolyase2022

    • 著者名/発表者名
      Klaus Brettel, Pavel Mueller, Junpei Yamamoto
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 12 ページ: 3041-3045

    • DOI

      10.1021/acscatal.2c00492

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Limited solvation of an electron donating tryptophan stabilizes a photoinduced charge-separated state in plant (6-4) photolyase2022

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Hosokawa, Pavel Mueller, Hirotaka Kitoh-Nishioka, Shigenori Iwai, Junpei Yamamoto
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 5084

    • DOI

      10.1038/s41598-022-08928-0

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Serial crystallography captures dynamic control of sequential electron and proton transfer events in a flavoenzyme2022

    • 著者名/発表者名
      Manuel Maestre-Reyna, Cheng-Han Yang, Eriko Nango, Wei-Cheng Huang, Eka Putra Gusti Ngurah Putu, Wen-Jin Wu, Po-Hsun Wang, Sophie Franz-Badur, Martin Saft, Hans-Joachim Emmerich et al.
    • 雑誌名

      Nature Chemistry

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41557-022-00922-3

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Key interactions with deazariboflavin cofactor for light-driven energy transfer in Xenopus (6-4) photolyase2021

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Morimoto, Yuhei Hosokawa, Hiromu Miyamoto, Rajiv Kumar Verma, Shigenori Iwai, Ryuma Sato, Junpei Yamamoto
    • 雑誌名

      Photochemical & Photobiological Sciences

      巻: 20 ページ: 875-887

    • DOI

      10.1007/s43630-021-00065-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Light-induced movements of amino acid residues in Chlamydomonas reinhardtii animal-like cryptochrome and their roles in photoreduction.2021

    • 著者名/発表者名
      中村麻愛、細川雄平、岩井成憲、山元淳平
    • 学会等名
      第59回生物物理学会年会

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公開日: 2022-12-28  

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