シアノバクテリアにおける光受容色素合成酵素の構造機能解析に基づく機能デザイン

基于蓝藻感光色素合酶结构和功能分析的功能设计

• 批准号: 07J01065
• 负责人: 萩原 義徳
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J01065/
• 关键词: 構造生物学; ビリン色素; フェレドキシン依存性ビリン還元酵素; ビリベルジンIXα; PcyA; X線結晶構造解析; 反応中間体; ビリベルジン

高等植物、紅藻、ラン藻は、ビリン色素を光受容、光合成に利用している。ビリンはヘムの代謝産物のビリベルジンIXα(BV)から、フェレドキシン依存性ビリン還元酵素(FDBR)によって合成される。FDBRファミリーのうちのPcyAはフェレドキシンから電子を受け取り、BVを2段階反応で部位特異的に還元する。すなわちPcyAは、まずBVのD環ビニル基を還元して18^1,18^2-dihydro-BV(18BV)を生成し、次に18BVのA環を還元してフィコシアノビリンを生成している。このことは、PcyAがBVの非対称性を区別し、還元順序を制御する特異な分子機構を持つことを示す。これまでにシアノバクテリアSynechocystis sp.PCC 6803由来のPcyAとPcyA-BV複合体のX線結晶構造解析を行い、FDBRにおいてPcyAの立体構造を初めて明らかにした。これら結晶構造を基にPcyAの活性残基や基質認識機構を示した。PcyA反応機構の更なる構造学的基盤を得るため、反応中間体の構造解析を試み、中間産物18BVとそのアナログBV13のPcyAとの各複合体の結晶構造を1.48Å、1.04Å分解能で解析した。これにより、活性残基のうちのE76は反応過程において構造変化することが判明し、E76が還元順序を制御していることを示唆した。反応制御に対するE76の寄与を明らかにするため、E76変異体の生化学的解析を行うこととした。すなわち、E76変異体によるBV還元を行い、HPLC等を用いて生成物を同定する。既に変異タンパク質の大腸菌による大量発現系を構築し、精製を行った。結晶構造解析も生化学的解析の強力なツールとなるため結晶化条件を検討したところ、E76Q、E76DのBV複合体の微結晶が析出したため、その条件を最適化している。本研究により、2段階反応の制御機構の解明が期待できる。なお、本研究により第8回日本蛋白質科学会年会若手ポスター賞を受賞した。

高植物，红藻和藻类使用bilin色素进行光接受和光合作用。 Birin由血液代谢蛋白，双脂蛋白依赖性bin -RD酶（FDBR）合成。 FDBR家族中的PCYA从铁氧还蛋白接收电子，并且BV通常通过两个步骤反应降低。换句话说，PCYA首先返回BV D-bing乙烯基，以生成18^1,18^2-Dihydro-BV（18 bv），然后返回18 bv a-ring，以生成ficocyanobirin。这表明PCYA具有独特的分子机制，可区分BV的不对称性并控制还原顺序。迄今为止，PCYA和PCY-BV复合物的X射线晶体结构分析源自Syanobacteria synechocystis sp.pcc 6803，而FDBR的三维结构首次揭示了。基于这些晶体结构的PCYA活化残基和底物识别机制。为了获得PCYA反应机制的进一步结构基础结构，我们尝试了反应中间体的结构分析，分析了中间产物18 BV和类似于1.48Å和1.04Å分辨率的中间产物之间的每个复合物的晶体结构。结果，发现活性残基的E76在反应过程中会改变，这表明E76控制了还原顺序。为了阐明控制E76的反应控制，我们决定对E76突变体进行生化分析。也就是说，执行E76突变体的BV降低，并使用HPLC等识别产物。已经建立和完善了突变蛋白的大肠杆菌的大规模开发系统。晶体结构分析也是生化分析的强大工具，因此检查结晶条件。这项研究允许阐明两个阶段反应控制机制。此外，这项研究赢得了日本社会学会学会的第八届年度会议。

项目成果

ビリン還元酵素の反応経路における段階別スナップショット Snapshots along the reaction pathway of bilin reductase PcyA

胆碱还原酶 PcyA 反应途径的快照

• 发表时间: 2008
• 作者: Kumiko Narikiyo;Shusaku Sugimoto;Toshio Suga;and Kimio Hanawa;Shusaku Sugimoto and Kimio Hanawa;日沖敦子;日沖敦子;日沖 敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖 敦子;日沖敦子;服部幸造・美濃部重克・弓削繁編;西尾市岩瀬文庫編;石川 透 監修;岩瀬文庫「絵ものがたりファンタジア」プロジェクトチーム;田中 真哉;田中 真哉;伊東 正登;川本陽一;川本陽一;小川 華奈;佐藤 治彦;川本陽一;川本陽一;川本 陽一;Takao Satoh;佐藤 隆夫;佐藤隆夫;藤田雄飛;Yuhi FUJITA;藤田 雄飛;J. Adachi;J. Adachi;安達 淳;萩原義徳
• 通讯作者: 萩原義徳

Crystal structure of phycocyanobilin: ferredoxin oxidoreductase in complex with 18^1, 18^2-dihydrobiliverdin

藻蓝蛋白的晶体结构：铁氧还蛋白氧化还原酶与 18^1, 18^2-二氢胆绿素的复合物

• 发表时间: 2007
• 作者: Kumiko Narikiyo;Shusaku Sugimoto;Toshio Suga;and Kimio Hanawa;Shusaku Sugimoto and Kimio Hanawa;日沖敦子;日沖敦子;日沖 敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖 敦子;日沖敦子;服部幸造・美濃部重克・弓削繁編;西尾市岩瀬文庫編;石川 透 監修;岩瀬文庫「絵ものがたりファンタジア」プロジェクトチーム;田中 真哉;田中 真哉;伊東 正登;川本陽一;川本陽一;小川 華奈;佐藤 治彦;川本陽一;川本陽一;川本 陽一;Takao Satoh;佐藤 隆夫;佐藤隆夫;藤田雄飛;Yuhi FUJITA;藤田 雄飛;J. Adachi;J. Adachi;安達 淳;萩原義徳;Yoshinori Hagiwara;Yoshinori Hagiwara
• 通讯作者: Yoshinori Hagiwara

フェレドキシン依存性ビリン還元酵素PcyAの18Et-BV複合体の結晶構造解析

铁氧还蛋白依赖性胆碱还原酶 PcyA 的 18Et-BV 复合物的晶体结构分析

• 发表时间: 2007
• 作者: Keiichi;Fukuyama;和田啓;萩原義徳;下村喜充;萩原義徳
• 通讯作者: 萩原義徳

Snapshots in the reaction pathway of bilin reductase PcyA

胆碱还原酶 PcyA 反应途径的快照

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. Hagiwara;et al.
• 通讯作者: et al.

ビリン還元酵素PcyAの色素複合体の構造と反応機構Pigment binding structure and reaction mechanism of bilin reductase PcyA.

胆素还原酶PcyA的色素结合结构及反应机制。

• 发表时间: 2007
• 作者: Kumiko Narikiyo;Shusaku Sugimoto;Toshio Suga;and Kimio Hanawa;Shusaku Sugimoto and Kimio Hanawa;日沖敦子;日沖敦子;日沖 敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖敦子;日沖 敦子;日沖敦子;服部幸造・美濃部重克・弓削繁編;西尾市岩瀬文庫編;石川 透 監修;岩瀬文庫「絵ものがたりファンタジア」プロジェクトチーム;田中 真哉;田中 真哉;伊東 正登;川本陽一;川本陽一;小川 華奈;佐藤 治彦;川本陽一;川本陽一;川本 陽一;Takao Satoh;佐藤 隆夫;佐藤隆夫;藤田雄飛;Yuhi FUJITA;藤田 雄飛;J. Adachi;J. Adachi;安達 淳;萩原義徳;Yoshinori Hagiwara;Yoshinori Hagiwara;萩原 義徳
• 通讯作者: 萩原 義徳