黄色ブドウ球菌ヘム輸送蛋白質群を標的とした実験科学・計算科学両面からの阻害剤開発

针对金黄色葡萄球菌血红素转运蛋白的实验和计算科学抑制剂的开发

基本信息

批准号：
13J06526
负责人：
森脇由隆
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当該年度では、Isd蛋白質間のヘム輸送の瞬間に現れるIsd-ヘム-Isdの三者複合体において、2つのIsd蛋白質がヘムに同時に配位する瞬間を、量子化学計算と分子力学のハイブリッド法であるONIOM法を用いて理論的な見地から考察した。一方のIsd-hemeの1:1の安定な複合体に対し、apo体のIsd蛋白質が重なるようMDシミュレーションでターゲッティングさせたところ、ヘムをハサミの支点になぞらえて2分子のIsd蛋白質がハサミの刃のようにドッキングした複合体が最も安定であることが新たに判明した。この瞬間、各Isd蛋白質のチロシン残基がヘムの鉄原子に上下から同時に配位結合を形成することができ、エネルギー計算からこの状態は準安定構造であることを証明した。これまでIsd蛋白質は、nMオーダーの強力な蛋白質―ヘム結合を持つにも関わらず、同種のIsd蛋白質相手のみ選択的に瞬時にヘムを輸送することが可能であることがこれまで分子機構上不明とされてきた。ここで、本研究で示されたこの準安定な三者複合体中では、ヘムとIsd蛋白質のチロシン間の結合が一時的に中和され、両蛋白質にゆるく結合されている状態であることが判明した。この分子機構はこれまでに例がなく、新種のヘム輸送機構である。一方で、近年のゲノム解析の結果から炭疽菌など一部の有名なグラム陽性病原菌にも同様の蛋白質がコードされていることが判明しつつある。本研究の結果は、人体に悪影響を及ぼす黄色ブドウ球菌や炭疽菌などが必須栄養素とする鉄獲得を封じるための阻害剤開発への知見を切り拓くだろう。

本财年，我们利用量子化学计算和分子力学的混合方法，研究了Isd蛋白之间血红素运输时出现的Isd-血红素-Isd三联复合物中两个Isd蛋白同时与血红素配位的时刻。采用某种ONIOM方法从理论角度进行考虑。当通过MD模拟以Isd蛋白的apo形式重叠的方式靶向稳定的1:1 Isd-血红素复合物时，我们将血红素比作剪刀的支点，发现两分子Isd蛋白是剪刀的刀片新发现对接复合体是最稳定的。此时，各个Isd蛋白的酪氨酸残基能够同时与血红素的铁原子从上到下形成配位键，能量计算证明这种状态是亚稳态结构。迄今为止，尽管 Isd 蛋白在 nanoM 级上具有很强的蛋白-血红素结合，但其只能选择性地瞬时将血红素转运至具有相同类型 Isd 蛋白的伴侣，其分子机制尚不清楚。事实证明，在本研究显示的这种亚稳态三联复合物中，血红素和 Isd 蛋白的酪氨酸之间的键被暂时中和，并且 Isd 蛋白与这两种蛋白松散地结合。这种分子机制以前从未见过，是一种新型的血红素转运机制。另一方面，最近的基因组分析结果表明，一些众所周知的革兰氏阳性病原体（例如炭疽杆菌）中也编码类似的蛋白质。这项研究的结果将为开发抑制剂来阻止铁的获取开辟新的知识，铁是金黄色葡萄球菌和炭疽杆菌等细菌的必需营养素，对人体有有害影响。