The study on the structure and function of the transcriptionalregulator containing a heme as a signal sensor

含血红素信号传感器的转录调节因子的结构与功能研究

基本信息

项目摘要

CooA is a heme-containing and CO-sensing transcriptional activator whose activity is regulated by CO. A protoheme acts as a CO sensor in CooA. Mutagenesis and spectroscopic studies revealed the unique coordination structure of the heme in CooA, the Pro^2/Cys^<75>, Pro^2/His^<77>, and CO/His^<77> coordinations for the ferric, ferrous, and CO-bound hemes, respectively. The ligand exchange between Cys^<75> and His^<77> took place during the change in the oxidation state of the heme. The ligand-switching process induced by the reduction of the heme was investigated by the technique of pulse radiolysis. Hydrated electron reduced the heme iron in ferric CooA within 1 μs to form the first intermediate with the Soret peak at 440 nm, suggesting that a six-coordinated ferrous heme with a thiolate axial ligand was formed initially.The first intermediate was converted into the second intermediate with the time constantjof 40 μs (k = 2.5 x 10^4 s^<-1>). In the second intermediate, the thiolate from Cys^<75> was thought to be protonated and/or the Fe-S bond was thought to be elongated. The second intermediate was converted into the final reduced form with the time constant of 2.9 ms (k = 3.5 x 102 s^<-1>) for wild-type CooA. The ligand exchange between Cys^<75> and His^<77> took place during the conversion of the second intermediate into the final reduced form. We constructed a truncated mutant, CooAΔN5, in which the first five residues in the N-terminal were deleted, to examine the functional role of Pro^2 coordination. CooAΔN5 showed a similar spectroscopic and functional properties to those of wild type, indicating the flexibility of the polypeptide chain of CooA in its N-terminal region.
CooA 是一种含有血红素的 CO 感应转录激活剂,其活性受 CO 调节。原血红素在 CooA 中充当 CO 传感器。诱变和光谱研究揭示了 CooA 中血红素的独特配位结构,即 Pro^2/Cys。 ^<75>、Pro^2/His^<77> 和 CO/His^<77> 配位,用于铁、亚铁和CO结合的血红素之间的配体交换分别发生在血红素氧化态的变化期间。由血红素还原诱导的配体转换过程被研究。脉冲放射分解技术在 1 μs 内还原了 CooA 铁中的血红素铁,形成第一个中间体,索雷峰位于 440 nm,表明六配位亚铁最初形成带有硫醇盐轴向配体的血红素。第一个中间体以40 μs (k = 2.5 x 10^4 s^-1>)的时间常数转化为第二个中间体。在第二个中间体中,来自Cys的硫醇盐。 ^<75>被认为是质子化的和/或Fe-S键被认为是延长的。第二中间体被转化为时间常数为2.9的最终还原形式。 ms (k = 3.5 x 102 s^<-1>) 对于野生型 CooA。 Cys^<75> 和 His^<77> 之间的配体交换发生在第二个中间体转化为最终还原形式的过程中。我们构建了一个截短的突变体 CooAΔN5,其中 N 端的前 5 个残基被删除,以检查 Pro^2 配位的功能作用,CooAΔN5 显示出类似的光谱。以及与野生型相比的功能特性,表明 CooA 的多肽链在其 N 末端区域具有灵活性。

项目成果

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Igor V. Rubtsov: "Conformational dynamics of transcriptional regulator CooA protein studied by subpicosecond mid-infrared vibrational spectroscopy""J. Am. Chem. Soc.. 123. 10056-10062 (2001)
Igor V. Rubtsov:“通过亚皮秒中红外振动光谱研究转录调节因子 CooA 蛋白的构象动力学””J. Am. Chem. Soc.. 123. 10056-10062 (2001)
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Shigetoshi Aono: "Transcriptional regulation of gene expression by metalloproteins"Progress in Reaction Kinetics and Mechanism. 25. 65-107 (2000)
Shigetoshi Aono:“金属蛋白基因表达的转录调控”反应动力学和机制进展。
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Shigetoshi Aono: "Structure and function of the heme-based sensor proteins"RIKEN Review. 35. 98-101 (2001)
Shigetoshi Aono:“基于血红素的传感器蛋白的结构和功能”RIKEN Review。
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Hirohsi Nakajima: "Ligand-Switching Intermediates for the CO-Sensing Transcriptional Activator CooA Measured by Pulse Radiolysis"J. Biol. Chem.. 276. 37895-37899 (2001)
Hirohsi Nakajima:“通过脉冲放射分解测量 CO 传感转录激活剂 CooA 的配体转换中间体”J。
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Katsuhiko Yamamoto: "Binding of CO at the Pro^2 side is crucial for the activation of CO-sensing transcriptional activator CooA. 1^H NMR spectroscopic studies"J. Biol. Chem.. 276. 11473-11476 (2001)
Katsuhiko Yamamoto:“CO 在 Pro^2 侧的结合对于 CO 感应转录激活剂 CooA 的激活至关重要。1^H NMR 光谱研究”J.
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