Molecular evolution of ferritin: Role of electric charges on iron storage function

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フェリチンは24個のポリペプチドが球殻状に集合したタンパク質で、２価鉄を酸化し、ミネラル化した酸化鉄を球殻内部に貯蔵する。フェリチンが持つ負電荷とそれによって作られる球殻内部の電位勾配がフェリチンの鉄取り込み機能にどのように影響しているのかを明らかにすることを目的として、大腸菌フェリチン（EcFtn）の球殻外側表面に位置し、サブユニット間の相互作用に関与していない１～４残基のグルタミン（Gln）をグルタミン酸（Glu）に置換したQE1～QE4変異体、同様に１～４残基のGluをGlnに置換したEQ1～EQ4変異体（これらを総称して正味電荷変異体と呼ぶ）を作製し、その鉄取り込み機能を調べた。鉄酸化活性、鉄取り込み量ともに、各正味電荷変異体と野生型EcFtnに大きな差は見られなかった。またEcFtnよりも理論正味電荷数（負の電荷を持つ可能性があるアスパラギン酸とグルタミン酸の残基数から正の電荷を持つリジン、アルギニンの残基数減じた数）が大きい、アオサUlva pertusフェリチン（UpFtn）、珪藻 Pseudo-nitzschia multiseriesフェリチン（PmFtn）、緑色硫黄細菌 Chlorobaculum tepidum フェリチン（CtFtn）の遺伝子を合成あるいは譲渡を受け、大腸菌で発現、精製した。UpFtn、PmFtn、CtFtnのいずれも20 mMリン酸緩衝液（pH 7）や50 mM Tris緩衝液（pH 8）の低イオン強度条件で24量体を維持しており、真正細菌 Thermotoga maritima や古細菌 Archaeoglobus fulgidus のフェリチンのように低イオン強度下で解離して静電的な反発を回避する戦略は取っていないようである。