高分解能X線および中性子線回折による高電位鉄硫黄タンパク質の酸化還元反応の理解

通过高分辨率 X 射线和中子衍射了解高电位铁硫蛋白的氧化还原反应

• 批准号: 20K22642
• 负责人: 花園 祐矢
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University (2021-2022)National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-09-11 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K22642/
• 关键词: 電子伝達タンパク質; 精密構造解析; 中性子構造解析; X線構造解析

本研究では高電位鉄イオウタンパク質(HiPIP)の水素原子を含めた高分解能での構造解析を目的としている。本研究期間において、HiPIPの中性子構造解析のデータのH/D交換比の情報から、鉄イオウクラスターの疎水性領域の評価を行った。中性子構造解析におけるデータ測定の際、重水置換後の結晶を用いて測定は行われる。表面残基のほとんどの水素原子は重水素原子と交換されていた一方、鉄イオウクラスター周辺の水素原子は交換されなかった。特に、Cys61とCys75周辺の連続した領域のアミドプロトンは軽水素のまま維持されていた。残基番号72-76と相互作用する残基番号11-20のアミドプロトンは重水素原子との交換は行われていないが、残基番号27-32（らせん構造を形成）および残基番号49-58（βシート様構造を形成）は重水素原子に交換していた。これらのことから、鉄イオウクラスター周辺には、溶媒分子がアクセスできないことが示唆された。HiPIPの鉄イオウクラスターは、全体が疎水性残基で囲まれている。この領域の疎水性はHiPIP間で厳密に保存されており、これらの保存領域はH/D交換比と強い相関を示した。これらのことから、HiPIPの鉄イオウクラスターは疎水性環境下において強固に保持されており、クラスターを囲む疎水コアの高い剛性が、溶液中での高い酸化還元電位の維持に重要な役割を果たしていると考えられる。中性子結晶構造解析用のHiPIP還元型の結晶作製、1Å分解能を超える高分解能での中性子構造解析を目指した結晶作製、さらに電子線を利用した構造解析を行うための結晶作製を行った。

本研究的目的是以高分辨率分析高电位铁硫蛋白（HiPIP）的结构，包括氢原子。在本研究期间，我们根据HiPIP中子结构分析数据的H/D交换比信息评估了铁硫团簇的疏水区域。中子结构分析中的数据测定时，使用重水置换后的晶体进行测定。表面残基中的大部分氢原子与氘原子交换，而铁硫簇周围的氢原子没有交换。特别是，Cys61 和 Cys75 周围连续区域的酰胺质子保持为轻氢。与残基72-76相互作用的残基11-20的酰胺质子不与氘原子交换，但残基27-32（形成螺旋结构）和49 -58（形成β-片状结构）的酰胺质子）被氘原子取代。这些结果表明溶剂分子无法接近铁硫簇附近。 HiPIP 的铁硫簇完全被疏水残基包围。该区域的疏水性在 HiPIP 中严格保守，并且这些保守区域与 H/D 交换比表现出很强的相关性。这些结果表明，HiPIP 的铁硫簇被牢固地保留在疏水环境中，并且簇周围的疏水核的高刚性对于维持溶液中的高氧化还原电位起着重要作用。我们制造了用于中子晶体结构分析的 HiPIP 还原晶体、用于分辨率超过 1 Å 的高分辨率中子结构分析的晶体以及用于使用电子束进行结构分析的晶体。