重金属イオンによるラン藻の転写調節因子SmtBの機能制御機構の構造化学的解析

重金属离子对蓝藻转录调节因子SmtB功能调控机制的结构化学分析

• 批准号: 10179214
• 负责人: 森田 勇人
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10179214/
• 关键词: SmtB; 多次元NMR分光法; 重金属検知機構; 亜鉛イオン; 転写因子; 分子内情報変換

本研究では、重金属イオン濃度のセンサーおよび転写因子の機能を持ち、その構造機能相関の解析により、分子内情報変換機構の解明が可能である、ラン藻Synechococcus PCC 7942のSmtBに着目し、重金属イオンとの結合により誘起されるSmtBの構造変化と認識塩基配列に対する結合能の変化との相関を構造化学的に解析し、SmtBの分子内情報変換機構を原子レベルで解明することを目的とした。本年度は、大腸菌による大量発現系を用いて作製した、安定同位体標識されたSmtBを試料とし、主として、多次元NMR分光法による解析を行うことで、(1)SmtBは溶液中で二量体として存在し、機能する、(2)SmtBは、亜鉛イオンと結合していない状態で、5本のαヘリックスと2本のρ鎖から構成されており、アミド末端から3番目と4番目のαヘリックスはDNA結合モチーフであるヘリックス-ターン-ヘリックスモチーフを形成する、(3)1分子のSmtBは2原子の亜鉛イオンと結合する、(4)亜鉛イオンとの結合に伴い、SmtBの二次構造は大きくは変化せず、三次以上の高次構造が変化する、(5)SmtBに結合する2原子の亜鉛イオンのうちの1原子は、2分子のSmtBが会合して二量体を形成する会合面の領域に結合し、もう1原子の亜鉛イオンの結合には、アミド末端側のフレキシブルな領域に含まれるシステイン残基(Cys14)が重要な役割を果たしている、(6)亜鉛イオンの配位子として機能する可能性のある3つのシステイン残基(Cys14、Cys61.Cys121)のうち、Cys14とCys121は、セリン残基に置換しても認識塩基配列にに対する結合親和性は変化しないことを明らかにした。

在本研究中，我们研究了蓝藻聚球藻PCC，它具有重金属离子浓度传感器和转录因子的功能，通过分析其结构-功能关系，我们可以阐明分子内信息转换机制。我们以SmtB 7942为研究对象，从结构上分析了与重金属离子结合引起的SmtB结构变化与识别碱基序列结合能力变化之间的相关性，并在原子水平上研究了SmtB的分子内信息转换机制。目的是阐明这一点。今年，我们以大肠杆菌大规模表达系统生产的稳定同位素标记的SmtB为样品，主要通过多维NMR光谱对其进行了分析（2）SmtB在未与锌离子结合时具有五个α螺旋。酰胺端的第三个和第四个α-螺旋形成螺旋-转角-螺旋基序，这是DNA结合基序 (3) SmtB 的一个分子由两个原子组成 (4) 由于与锌离子的结合， SmtB的二级结构发生了很大的改变。 (5)与SmtB结合的两个锌离子中的一个原子是缔合面，两个SmtB分子缔合形成二聚体半胱氨酸残基(Cys)。 (14)在可能作为锌离子配体的三个半胱氨酸残基(Cys14、Cy​​s61.Cys121)中，Cys14和Cys121是丝氨酸残基，揭示了与锌离子的结合亲和力。即使替换后，识别的碱基序列也没有改变。

项目成果

E.H.Morita: "NMR Backbone assignments of the cyanobacterial transcriptional factor, SmtB, that senses the zinc concentration in the cell" J.Biomol.NMR. 12. 453-454 (1998)

E.H.Morita：“蓝藻转录因子 SmtB 的 NMR 主干分配，可感知细胞中的锌浓度”J.Biomol.NMR。