Mechanism of construction and cyclization of the heme precursor tetrapyrrole

血红素前体四吡咯的构建和环化机制

基本信息

批准号：
22K05321
负责人：
佐藤秀明
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kurume University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ヘム生合成経路の途中では、ヒドロキシメチルビランシンターゼ（HMBS）によって4分子のポルホビリノーゲン（PBG）から合成される鎖状テトラピロールが、ウロポルフィリノーゲンIIIシンターゼ（UROS）によってD環ピロールの反転を伴いながら環状化される。本研究では、これらの酵素について立体構造と溶液中での反応の両面から検討を行い、非対称な側鎖配置を持つヘムのポルフィリン環が構築される反応機構の理解を目指している。これまでにヒト由来HMBSについて、ホロ型および、補因子に2分子の基質PBGを連結した反応中間体ES2型で、基質類似体との複合体のX線結晶構造解析に成功し、鎖状テトラピロールの構築過程でPBGがどのように連結されていくのかについて考察してきた。今年度はUROSの詳細な立体構造解析を目指して、まずは結晶の調製に取り組んだ。試料は、大腸菌で大量発現させ、各種のカラムクロマトグラフィーで精製したヒト由来UROSを用いた。基質や反応生成物を含まないUROS単独の結晶化を、シッティングドロップ蒸気拡散法で、大気下、20℃で実施したところ、微結晶やクラスターを得られる有望な結晶化条件がいくつか見つかってきた。一方、UROSと大気下で不安定な反応生成物との共結晶化も嫌気条件下で試行してきたが、これまでのところ適切な結晶化条件は見つかっていない。今後、得られた酵素単独の結晶で、また反応生成物との共結晶を得て、X線結晶構造解析を実施し、テトラピロール環状化の反応機構について考察する予定である。

在血红素生物合成途径中，由羟甲基胆烷合酶（HMBS）从四分子胆色素原（PBG）合成链状四吡咯，并由尿卟啉原III合酶（UROS）合成D环吡咯并倒转环化。在本研究中，我们将从三维结构和溶液中反应两个方面研究这些酶，旨在了解构建具有不对称侧链构型的血红素卟啉环的反应机制。到目前为止，我们已经成功分析了人源HMBS与底物类似物复合物的X射线晶体结构，包括全息形式和反应中间体ES2形式，其中底物PBG的两个分子与辅因子连接我们考虑了PBG在吡咯的构建过程中是如何连接的。今年，我们首先进行晶体的制备，目的是分析UROS的详细三维结构。使用的样品是人源性 UROS，在大肠杆菌中大量表达，并使用各种类型的柱色谱进行纯化。当我们在 20°C 的大气中使用坐滴蒸气扩散法在没有底物或反应产物的情况下单独结晶 UROS 时，我们发现了几种有希望产生微晶和簇的结晶条件。另一方面，人们尝试在厌氧条件下将UROS与在大气中不稳定的反应产物共结晶，但迄今为止尚未找到合适的结晶条件。今后，我们计划对所得酶的单独晶体以及与反应产物的共晶进行X射线晶体结构分析，研究四吡咯环化的反应机理。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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发表时间：
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作者：
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通讯作者：
坂本寛

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