人工変異体を用いたヘモグロビンの引き金説の検証および酸素運搬分子メカニズムの解明

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19579002
• Research Category: Grant-in-Aid for Special Purposes
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 安藝 弥生 Kanazawa University, 医学系研究科, 助教 (00452110)
• Keywords: ヘモグロビン / 酸素運搬機能 / 四次構造変化 / 引き金説

Research Abstract

ヘモグロビン(Hb)が効率よく酸素を運搬できるのは、酸素濃度に応じてHbが四次構造変化することによって実現するとされている。Hbの四次構造変化のきっかけ(引き金)は、ヘム(酸素結合部位)とグロビン鎖(情報伝達部位)を唯一結びつけている近位Hisの変化ではないかと考えられている(引き金説)が、その詳細は明らかにされていない。そこで、本研究では引き金説を検証するために以下のことを行った。
1.引き金説を検証するために、α鎖またはβ鎖の近位His、あるいは両鎖の近位HisをGlyに置換した3種類のProximal cavity mutant Hb(PCMH)を大腸菌で発現させるために必要な系を構築した。
2.PCMH(α近位His→Gly)を大腸菌で大量発現し、イオン交換クロマトグラフィー(条件の異なる2種類のQ Sepharose fast flowと1種類のSP Sepharose fast flow)により精製する条件を検討し、純度の高いPCMHが得られた。
3.PCMH(α近位His→Gly)の機能を今井式酸素平衡曲線自動記録装置により解析した。その結果、ヘムー、近位His結合が消失しているα鎖の酸素親和性は非常に高いが、正常であるβ鎖の酸素親和性は低いことが示された。また、円二色性分光法により四次構造を調べたところ、リガンド結合型において正常HbはR型であるが、PCM Hb(α近位His→Gly)はT型に近い構造であることがわかった。これらのことは、α鎖のヘム-近位His結合がT型からR型への四次構造変化に重要な役割を担っていることを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Effect of reversed heme orientation on circular dichoroism and cooperative oxygen binding of human adult hemoglobin (2008)
  • Author(s): Nagai, M., Nagai, Y., Aki, Y., Imai, K., Wada, Y., Nagatomo, S. & Yamamoto, Y.
  • Journal Title: Biochemistry 47 Pages: 517-525
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxygenation properties of extracellular giant hemoglobin from Oligobrachia mashikoi (2007)
  • Author(s): Aki, Y., Nakagawa, T., Nagai, M., Sasayama, Y., Fukumori, Y. & Imai, K
  • Journal Title: Biochemical and Bjophysical Research Communications 360 Pages: 673-678
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Changes of near-UV circular dichroism spectra of human hemoglobin upon the R→T quaternary structure transition (2007)
  • Author(s): Aki-Jin, Y., Nagai, Y., Imai, K. & Nagai, M
  • Journal Title: ACS Symposium Series on New Approaches in Biomedical Spectroscopy 963 Pages: 297-311
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Circular dichoroism and oxygen binding properties of human adult hemoglobin with reversed heme (2008)
  • Author(s): Nagai, M., Nagai, Y., Aki, Y., Imai, K., Nagatomo, S. & Yamamoto, Y.
  • Organizer: Joint Meeting of the Biophysical Society 52nd Annual Meeting & 16th Ihternational Biophysics Congress
  • Place of Presentation: Long Beach (California)
  • Year and Date: 2008-02-05
• [Presentation] 有鬚動物マシコヒゲムシのもつ巨大ヘモグロビンの酸素運搬機能 (2007)
  • Author(s): 安藝弥生、中川太郎、長井雅子、笹山雄一、福森義宏、今井清博
  • Organizer: 第45回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市)
  • Year and Date: 2007-12-23
• [Presentation] ヒトヘモグロビンにおける3つのトリプトファン残基の酸素結合にともなう変化:近紫外CDおよび紫外共鳴ラマン分光による研究 (2007)
  • Author(s): 長井雅子、長井幸史、小久保昭秀、川口裕貴、安藝弥生、今井清博、長友重紀、北川禎三
  • Organizer: 第45回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市)
  • Year and Date: 2007-12-23
• [Presentation] マシコヒゲムシ巨大ヘモグロビンの酸素結合特性 (2007)
  • Author(s): 安藝弥生、中川太郎、福森義宏、長井雅子、今井清博
  • Organizer: 第7回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(仙台市)
  • Year and Date: 2007-05-25