Molecular evolution of ferritin: Role of electric charges on iron storage function

铁蛋白的分子进化：电荷对铁存储功能的作用

基本信息

批准号：
21K06116
负责人：
池口雅道
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Soka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

フェリチンは24個のポリペプチドが球殻状に集合したタンパク質で、２価鉄を酸化し、ミネラル化した酸化鉄を球殻内部に貯蔵する。フェリチンが持つ負電荷とそれによって作られる球殻内部の電位勾配がフェリチンの鉄取り込み機能にどのように影響しているのかを明らかにすることを目的として、大腸菌フェリチン（EcFtn）の球殻外側表面に位置し、サブユニット間の相互作用に関与していない１～４残基のグルタミン（Gln）をグルタミン酸（Glu）に置換したQE1～QE4変異体、同様に１～４残基のGluをGlnに置換したEQ1～EQ4変異体（これらを総称して正味電荷変異体と呼ぶ）を作製し、その鉄取り込み機能を調べた。鉄酸化活性、鉄取り込み量ともに、各正味電荷変異体と野生型EcFtnに大きな差は見られなかった。またEcFtnよりも理論正味電荷数（負の電荷を持つ可能性があるアスパラギン酸とグルタミン酸の残基数から正の電荷を持つリジン、アルギニンの残基数減じた数）が大きい、アオサUlva pertusフェリチン（UpFtn）、珪藻 Pseudo-nitzschia multiseriesフェリチン（PmFtn）、緑色硫黄細菌 Chlorobaculum tepidum フェリチン（CtFtn）の遺伝子を合成あるいは譲渡を受け、大腸菌で発現、精製した。UpFtn、PmFtn、CtFtnのいずれも20 mMリン酸緩衝液（pH 7）や50 mM Tris緩衝液（pH 8）の低イオン強度条件で24量体を維持しており、真正細菌 Thermotoga maritima や古細菌 Archaeoglobus fulgidus のフェリチンのように低イオン強度下で解離して静電的な反発を回避する戦略は取っていないようである。

铁蛋白是由24种多肽组装成球壳的蛋白质，它氧化二价铁并将矿化的氧化铁储存在球壳内。为了阐明铁蛋白的负电荷及其球壳内部产生的电位梯度如何影响铁蛋白的铁摄取功能，我们研究了大肠杆菌铁蛋白（EcFtn）位于球壳的外表面。这QE1至QE4突变体，其中不存在的谷氨酰胺(Gln)的1至4个残基被谷氨酸(Glu)取代，以及EQ1至EQ4突变体，其中1至4个Glu残基同样被Gln取代(这些是统称为我们创建了一个净电荷突变体（简称净电荷突变体）并研究了其铁摄取功能。每个净电荷突变体和野生型 EcFtn 在铁氧化活性和铁吸收方面没有观察到显着差异。此外，石莼铁蛋白的理论净电荷数（可能带有负电荷的天冬氨酸和谷氨酸残基的数量减去带正电荷的赖氨酸和精氨酸残基的数量）比EcFtn（UpFtn）、硅藻拟菱形藻更大。多系列铁蛋白 (PmFtn)、绿色硫杆菌 Chlorobaculum tepidum合成或转移铁蛋白（CtFtn）基因，在大肠杆菌中表达并纯化。 UpFtn、PmFtn 和 CtFtn 在 20 mM 磷酸盐缓冲液 (pH 7) 或 50 mM Tris 缓冲液 (pH 8) 的低离子强度条件下均保持其 24 聚体结构，并且与真细菌海栖热袍菌和古细菌高度相容。古生球菌铁蛋白，它似乎没有采用在低离子强度下解离的策略来避免静电排斥。