生物発光の構造基盤-ゲンジボタル・ルシフェラーゼのX線結晶構造解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10660082
• Research Institution: RIKEN (The Institute of Physical and Chemical Research)
• Principal Investigator: 加藤 博章 理化学研究所, 速度論的結晶学研究チーム, チームリーダー(研究職) (90204487)
• Keywords: ルシフェラーゼ / X線結晶構造解析 / 生物発光 / 酵素反応機構 / 酵素反応中間体 / ATP / デヒドロルシフェリン

Research Abstract

ホタルの発光現象は、その仕組みに科学的な興味が持たれているだけでなく、細胞生物学、分子生物学の研究や、臨床検査での利用研究が進んでいるなど、実用的な価値も認められている。その発光は、ルシフェラーゼによる酵素反応によって引き起こされている。そこで、本研究課題では、ゲンジボタルの遺伝子から調整したルシフェラーゼのX線結晶構造解析を行うことにより、同酵素の反応機構の構造的な基盤を明らかにし、発光の仕組みを解明することを目的とした。今年度は、以下の結果が得られた。
(1)ゲンジボタルルシフェラーゼの三次元構造をX線結晶解析することができた。今回の結晶化条件では、基質ATPを添加しているが、その構造のうちAMPの部分構造を電子密度図上で確認することができた。すでに報告されている昆虫のルシフェラーゼとの構造を比較したところ、分子を構成する2つのドメインの相対的な配置が90度近くも回転していることが判明した。
(2)基質ルシフェリンのアナログであるデヒドロルシフェリンの合成を行い、十分量の試料を得ることができた。そのデヒドロルシフェリンを用いてルシフェラーゼに対する阻害活性を調べたところ、拮抗阻害を示すこと、K_iは、O.1μMと、基質のKmと比較して約200倍強力であることが判明した。現在、ルシフェラーゼとATPとデヒドロルシフェリンを用いて反応中間体類似の立体構造を解析するための結晶化を行っている。