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生命・錯体分子科学研究領域青野グループ

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場所:山手キャンパス 2号館3F東
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金属タンパク質,センサータンパク質,ヘムタンパク質,ヘム

新規な機能を有する金属タンパク質の構造と機能

生物は様々な外部環境変化に対応し、生体内の恒常性を維持するための精緻なシステムを有しています。このようなシステムは、外部環境の変化を感知するためのセンシングシステムと、感知した情報に対応して細胞内の恒常性維持に必要な応答反応に関与するレスポンスレギュレーターシステムから構成されています。このようなシステムの中には、遷移金属イオンが関与しているシステムも多く存在しています。代表的な例として、酸素、一酸化炭素、一酸化窒素等の気体分子のような、単純タンパク質では応答不可能なシグナルに対する応答システムがあります。これらのシステムでは、分子中に遷移金属イオンを含む金属タンパク質がセンサー分子として機能することにより、遺伝子発現、走化性制御、セカンドメッセンジャー分子の合成・分解を介した代謝制御などの様々な生理機能制御に関与しています。

また、鉄や銅を始めとする多くの遷移金属イオンは、生体中で金属タンパク質の活性中心として機能し、生物のエネルギー代謝、物質代謝、シグナル伝達など、様々な生理機能の発現・制御に深く関与しているため、遷移金属イオンそのものの恒常性維持も、生物にとっては必須のものです。生理機能制御に必須な遷移金属イオンの細胞内濃度が低下すれば、生理機能発現に支障をきたす一方で、遷移金属イオンの細胞内濃度が過剰となれば毒性を発揮してしまうため、遷移金属イオンの細胞内濃度を厳密に制御し、その恒常性を維持する仕組みが必要不可欠です。

我々は、構造生物学、遺伝子工学、分子生物学、および各種分光学的な実験手法を駆使することにより、遷移金属イオン、気体分子、光などの外部シグナル感知に関与するセンサータンパク質、および細胞内の遷移金属イオンの恒常性維持に関与するレギュレータータンパク質の構造機能相関の解明を通じて、外部環境に応答した生物の恒常性維持システムの作動原理を明らかにするための研究に取り組んでいます。

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ヘム取り込みタンパク質HtaAのN末ドメインの構造(左)、ヘム結合領域の拡大図(右)

 

参考文献

  1. “Structural characterization of heme environmental mutants of CgHmuT that shuttles heme molecules to heme transporters,” N. Muraki, C. Kitatsugi, M. Ogura, T. Uchida, K. Ishimori, S. Aono, Int. J. Mol. Sci.17, 829 (10pages) (2016).
  2. “Structural Basis for Heme Recognition by HmuT Responsible for Heme Transport to the Heme Transporter in Corynebacterium glutamicum,” N. Muraki, S. Aono, Chem. Lett.45, 24-26 (2015).
  3. “A new biological function of heme as a signaling molecule,” N. Muraki, C. Kitatsuji, S. Aono, J. Porphyrins & Phthalocyanines.19, 9-20 (2015).
  4. “Heme-binding properties of HupD functioning as a substrate-binding protein in a heme-uptake ABC-transporter system in Listeria monocytogenes,” Y. Okamoto, H.
    Sawai, M. Ogura, T. Uchida, K. Ishimori, T. Hayashi, S. Aono, Bull. Chem. Soc. Jpn.87, 1140-1146 (2014).
  5. “Molecular mechanism for heme-mediated inhibition of 5-aminolevulinic acid synthase 1,” C. Kitatsuji, M. Ogura, T. Uchida, K. Ishimori, S. Aono, Bull. Chem. Soc. Jpn.87, 997-1004 (2014).
  6. “The Dos family of globin-related sensors using PAS domains to accommodate haem acting as the active site for sensing external signals,” S. Aono, Adv. Microbial Physiol.63, 273-327 (2013).