コール酸フリー呼吸鎖複合体Ⅳ標品による進化で獲得した核由来サブユニットの機能解明

使用不含胆酸的呼吸链复合物 IV 制剂阐明通过进化获得的核亚基的功能

• 批准号: 22K06130
• 负责人: 伊藤 恭子
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: University of Hyogo
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06130/
• 关键词: ミトコンドリア呼吸鎖複合体Ⅳ; 核遺伝子由来サブユニット; コール酸; 膜タンパク質複合体

呼吸鎖末端酸化酵素である複合体Ⅳは、酸素を水に還元すると共にプロトンを能動輸送する。最も進化した哺乳類酵素は、高度に保存された活性中心を含むミトコンドリアDNA由来の３つのコアサブユニットの周りを進化の過程で獲得した核DNA由来の10個の異なるサブユニットが取り囲んでいる。なぜ進化の過程で10種類ものサブユニットが付加されたのか？それらは、細胞環境に適応して複合体Ⅳによる呼吸活性制御にどのように影響を与えているのか？は基礎研究から医学的研究まで幅広い分野で興味がもたれる研究課題である。ウシ心筋複合体Ⅳの反応機構解明は、既に1.3Å分解能の構造情報を基に行われているが、核DNA由来サブユニットの機能は、解明されていない。その原因は、これまでの構造及び機能解明ではコール酸を用いて酵素を調製したため、酵素当たり10分子程度残存したコール酸が核DNA由来サブユニットと結合し、酵素機能を部分的に阻害すると共に生理活性物質等の結合を妨げていることによる。本研究では、コール酸を全く用いないで、活性が高く結晶化が可能な標品を収率よく得る精製法の改良を常に行っている。本酵素を用いた電子顕微鏡を用いた単粒子構造解析では、2.5Å分解能の構造を得るまでに至った。電顕用の試料調製の方法の改良により更なる分解能の向上を目指している。更に各種生理活性物質や、調節因子、薬剤との共構造を得るための条件検討を進めているが、残念ながら現段階では共構造は得られていない。高分解能構造の決定においてはX線結晶構造解析が優位である。そのため、結晶化条件を主にハンギングドロップ法により検討を進めている。角柱状の結晶を得ることはできているが、結晶構造を得るまでには至っていない。この３次元結晶化法の確立ができれば、リン酸化部位の検証や、制御因子のうち小分子であればソーキング法により導入可能となると考えられる。

复合物IV是一种呼吸链末端氧化酶，可将氧气降低到水中并主动运输质子。进化最多的哺乳动物酶被来自核DNA的10种不同亚基包围，这些亚基是在进化过程中获得的，围绕来自线粒体DNA的三个核心亚基，其中包含高度保守的活性中心。为什么在进化过程中添加了10个不同的亚基？它们如何适应细胞环境并影响复合物IV对呼吸活性的控制？是一个研究主题，在从基础研究到医学研究的广泛领域中都感兴趣。牛心肌复合物IV反应的机理已经根据1.3Å分辨率的结构信息阐明，但是核DNA衍生的亚基的功能尚未阐明。原因是，由于在先前阐明结构和功能的先前阐明了酶制备酶，因此每个酶剩余的约10个分子与核DNA衍生的亚基结合，部分抑制酶功能并防止生理活性物质的结合等。在这项研究中，我们不断地使用纯化的方法来构成纯化的纯化，以固定良好的效果。使用该酶使用电子显微镜的单粒子结构分析达到了获得分辨率为2.5Å的结构。目的是通过改善准备电子显微镜样品的方法来进一步改善分辨率。此外，我们目前正在研究获得具有各种生理活性物质，调节因素和药物的共同结构的条件，但不幸的是，此阶段尚未获得共同结构。 X射线晶体结构分析是确定高分辨率结构的主要作用。因此，结晶条件主要是通过悬挂方法研究的。尽管已经获得了结晶棱镜样晶体，但尚未达到晶体结构。如果可以建立这种3D结晶方法，则认为可以验证磷酸化位点并使用浸泡引入调节因子的小分子。

项目成果

Effects of Interfacial Interactions on Electrocatalytic Activity of Cytochrome c Oxidase in Biomimetic Lipid Membranes on Gold Electrodes

界面相互作用对金电极仿生脂膜细胞色素c氧化酶电催化活性的影响

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c01765
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry Letters
• 作者: Kato Masaru;Sano Ryoya;Yoshida Narumi;Iwafuji Masatoshi;Nishiyama Yoshito;Oka Sayuki;Shinzawa-Itoh Kyoko;Nishida Yuya;Shintani Yasunori;Yagi Ichizo
• 通讯作者: Yagi Ichizo

Theoretical Model of the Far-Red-Light-Adapted Photosystem I Reaction Center of Cyanobacterium <i>Acaryochloris marina</i> Using Chlorophyll <i>d</i> and the Effect of Chlorophyll Exchange

利用叶绿素<i>d</i>构建蓝藻<i>Acaryocholis marina</i>远红光适应光系统I反应中心的理论模型及叶绿素交换效应

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c00869
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Kimura Akihiro;Kitoh-Nishioka Hirotaka;Aota Toshimichi;Hamaguchi Tasuku;Yonekura Koji;Kawakami Keisuke;Shinzawa-Itoh Kyoko;Inoue-Kashino Natsuko;Ifuku Kentaro;Yamashita Eiki;Kashino Yasuhiro;Itoh Shigeru
• 通讯作者: Itoh Shigeru

Diverse reaction behaviors of artificial ubiquinones in mitochondrial respiratory complex I.

• DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102075
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
• 影响因子: 4.8
• 作者: Uno, Shinpei;Masuya, Takahiro;Zdorevskyi, Oleksii;Ikunishi, Ryo;Shinzawa-Itoh, Kyoko;Lasham, Jonathan;Sharma, Vivek;Murai, Masatoshi;Miyoshi, Hideto
• 通讯作者: Miyoshi, Hideto

Identifying antibiotics based on structural differences in the conserved allostery from mitochondrial heme-copper oxidases.

• DOI: 10.1038/s41467-022-34771-y
• 发表时间: 2022-12-08
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Nishida, Yuya;Yanagisawa, Sachiko;Morita, Rikuri;Shigematsu, Hideki;Shinzawa-Itoh, Kyoko;Yuki, Hitomi;Ogasawara, Satoshi;Shimuta, Ken;Iwamoto, Takashi;Nakabayashi, Chisa;Matsumura, Waka;Kato, Hisakazu;Gopalasingam, Chai;Nagao, Takemasa;Qaqorh, Tasneem;Takahashi, Yusuke;Yamazaki, Satoru;Kamiya, Katsumasa;Harada, Ryuhei;Mizuno, Nobuhiro;Takahashi, Hideyuki;Akeda, Yukihiro;Ohnishi, Makoto;Ishii, Yoshikazu;Kumasaka, Takashi;Murata, Takeshi;Muramoto, Kazumasa;Tosha, Takehiko;Shiro, Yoshitsugu;Honma, Teruki;Shigeta, Yasuteru;Kubo, Minoru;Takashima, Seiji;Shintani, Yasunori
• 通讯作者: Shintani, Yasunori