気体分子センサータンパク質の構造機能解析とそのバイオ素子への応用

气体分子传感器蛋白的结构和功能分析及其在生物器件中的应用

• 批准号: 14655304
• 负责人: 青野 重利
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655304/
• 关键词: センサータンパク質; 一酸化炭素センサータンパク質; ヘムタンパク質; 酸素センサータンパク質

本研究では、気体分子センサータンパク質のなかでも特に、一酸化炭素センサータンパク質CooA、および酸素センサータンパク質HemATを研究対象とし、これらの気体分子センサータンパク質の構造と機能の解明、および、それらを利用したバイオ素子開発を目的として研究を行った。HemATによる酸素センシングにおいては、5配位構造の還元型ヘムの空配位座に酸素分子が結合することにより、酸素がセンシングされることを明らかにした。ヘムに配位した酸素分子には、遠位側ヘムポケットに存在するアミノ酸残基が水素結合していると考えられる。部位特異的変異導入法により調製した各種変異型HemATの性質を検討した結果、Tyr70およびThr95の二つのアミノ酸残基がヘム鉄に配位した酸素との間で水素結合を形成しているものと考えられる。Tyr70あるいはThr95のいずれかに変異を導入した変異体では、野生型と比べて酸素親和性、自動酸化反応速度などに違いが観測された。CooAによるCOセンシングにおいては、配位飽和な6配位構造を有している還元型ヘムの軸配位子となっているPro2とCOとの間で軸配位子交換反応が進行し、その結果誘起される分子構造変化が、CooAの機能発現のキーステップとなっていることが分かった。このように、同じヘムを活性中心としているにもかかわらず、HemATとCooAでは気体分子センシングの分子機構が大きく異なっていることが分かった。

本研究以气体分子传感器蛋白中的一氧化碳传感器蛋白CooA和氧传感器蛋白HemAT为目的，以器件开发为目的进行研究。在HemAT的氧传感中，揭示了通过将氧分子与具有五配位结构的还原血红素的空配位点结合来感知氧。据认为，存在于远端血红素袋中的氨基酸残基与与血红素配位的氧分子通过氢键键合。通过检查定点诱变制备的各种突变体 HemAT 的特性，我们发现两个氨基酸残基 Tyr70 和 Thr95 可能与血红素铁配位形成氢键。在Tyr70或Thr95中引入突变的突变体中，与野生型相比，观察到氧亲和力、自氧化反应速度等的差异。在 CooA 传感 CO 中，CO 和 Pro2 之间发生轴向配体交换反应，Pro2 是还原血红素的轴向配体，具有饱和的六配位结构。我们发现，诱导的分子结构变化是这一过程的关键步骤。 CooA 的功能表达。这样就发现，HemAT和CooA虽然具有相同的血红素作为活性中心，但气体分子传感的分子机制却存在显着不同。

项目成果

青野重利: "一酸化炭素センサーとして機能する転写調節因子CooAの構造と機能"Molecular Medicine. 40・2. 158-164 (2003)

Shigetoshi Aono：“作为一氧化碳传感器发挥作用的转录调节器 CooA 的结构和功能” 40・2（2003）。

青野重利: "一酸化炭素による遺伝子発現制御"バイオサイエンスとバイオインダストリー. 61・2. 37-38 (2003)

Shigetoshi Aono：“一氧化碳对基因表达的调节”《生物科学与生物工业》61・2（2003）。

青野重利: "ヘムを活性中心とするセンサータンパク質の構造と機能"生物物理. 45・5. 230-235 (2002)

Shigetoshi Aono：“以血红素为活性中心的传感器蛋白的结构和功能”生物物理学45・5（2002）。