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生命・錯体分子科学研究領域青野グループ

青野グループ_メインイメージ
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

遷移金属イオンや遷移金属含有補欠分子族を活性中 心とする金属タンパク質は、生物の物質代謝やエネル ギー代謝において中心的な役割を果たしているのみな らず、細胞内情報伝達にも深く関わっていることが知ら れています。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、遷移金属イオンそのものがシグナル分子とし て機能することにより、生理機能制御に必須な遷移金属 イオンの細胞内濃度を適正に維持するために必要な分 子マシナリー(金属イオン取込み・排出システム、細胞内 金属輸送システム等)の発現制御、金属タンパク質の生 合成制御など、様々な生理機能が制御されています。

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、シグナル センシングやシグナル伝達に関与する新規な金属タン パク質の構造機能相関解明、および細胞内遷移金属 イオンの恒常性維持の分子機構解明を目的として研究 を進めています。

160309.jpgX-ray crystal structure of N-terminal domain of HtaA responsible for heme uptake in C. glutamicum (left) and a close-up view of its heme-binding pocket (right).

参考文献

  1. “Protein Dynamics of the Sensor Protein HemAT as Probed by Time-Resolved Step-Scan FTIR Spectroscopy,” A. Pavlou, H. Yoshimura, S. Aono, E. Pinakoulaki, Biophys. J. 114, 584-591 (2018).
  2. “Probing the role of the heme distal and proximal environment in ligand dynamics in the signal transducer protein HemAT by time-resolved step-scan FTIR and  resonance Raman spectroscopy,” A. Pavlou, A. Loullis, H. Yoshimura, S. Aono, E. Pinakoulaki, Biochemistry, 56, 5309-5317 (2017). 
  3. “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).
  4. “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).
  5. “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).
  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).