シグナルセンサーとしてのヘムを有する転写調節因子の構造と機能に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680631
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 青野 重利 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (60183729)
• Keywords: 光合成細菌 / 共鳴ラマンスペクトル / ヘムタンパク質 / 転写調節因子 / 一酸化炭素センサー

Research Abstract

光合成細菌Rhodospirillum rubrum中に含まれる転写調節因子CooAは、分子中にヘムを含む、これまでに全く例のない新規な転写調節因子である。CooAは、ヘム蛋白質の機能という視点から眺めた場合にも、全く新規な機能を有するヘム蛋白質である。現在までに、数多くのヘム蛋白質が報告されているが、転写制御機能を有するヘム蛋白質はCooAが世界で初めての例である。また、CooAは、COが生理的な機能を有していることが確認されている系としても唯一の例である。COセンサーの本体として機能しているCooA分子中に含まれるヘムの配位構造を明らかにすることは、CooAの機能を理解する上で不可欠である。そこで本研究では、ヘムに配位可能なアミノ酸残基を対象としたアラニンスキャニング、ピコ秒時間分解共鳴ラマンスペクトル、およびEXAFSを用いて、CooA分子中に含まれるヘムの配位構造の決定を行なった。その結果、以下に示すような結果を得ることができた。CooA分子中に含まれるヘムは、酸化型においてはCys75由来のチオレート基とPro2由来のイミノ窒素が、還元型ではHis77由来のイミダゾール基とPro2由来のイミノ窒素が、それぞれ配位した6配位構造を有していることが明かとなった。また、CO結合型CooAにレーザー光を照射し、ヘムに配位したCOの光解離後の時間分解共鳴ラマンスペクトルを測定したところ、光解離直後には211cm-1にn(Fe-His)に帰属されるラマンバンドが観測された。このことから、CO結合型CooA中のヘムには、COとHis77が軸配していると考えられる。

Research Products

• [Publications] Hiroshi Nakajima: "Control of CooA activity by the mutation at the C-terminal end of the heme-binding domain"J.Inorg.Biochem.. 78. 63-68 (2000)
• [Publications] Takeshi Uchida: "Identification of histidine 77 as the axial heme ligand of carbonmonoxy CooA by picosecond time-resolved resonance Raman spectroscopy"Biochemistry. 39(42). 12747-12752 (2000)
• [Publications] Shigeichi Kumazaki: "Dissociation and recombination between ligands and heme in a CO-sensing transcriptional activator CooA"J.Biol.Chem.. 275(49). 38378-38383 (2000)