Regulatory mechanism of a sequential reaction in the mitochondrial terminal driven by Higd1A

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本年度はCcO, Higd1Aをリポソームに再構成し、CcO内での酸素還元反応、及びプロトンポンプに対するHigd1Aの活性増強効果について、定量的な評価を行った。まず、CcOの酸素還元反応をCyt c酸化反応に伴う550 nmの吸光度の減少から速度論的に解析した結果、Higd1A存在下においてCcOは1.3倍程度触媒活性が上昇することが示された。次に、この酸素還元反応に伴いCcOのプロトンポンプ活性がHigd1Aによってどの程度増強するかを検討した。リポソーム溶液にpH指示薬フェノールレッドを添加した系について、Cyt cを加えた際における556 nmの吸光度変化を追跡した結果、Higd1A-CcO複合体では1.2-2.0倍の急激なpHの減少が観測された。このことから、Higd1A存在下ではCcOのプロトンポンプ活性が上昇することが推察された。そこで、このプロトンポンプ活性上昇の要因について考察するため、CcO内電子－プロトン移動の共役効率、即ち電子が酸素分子に伝達される際にプロトンポンプが進行する確率を求めた。CcO内電子移動活性を酸素消費速度から見積もり、この値に対するプロトンポンプ活性の比率（共役効率）をHigd1A-CcO複合体の系について算出した結果、Cyt cが低濃度の条件においてHigd1A非存在下の系よりも1.5-2.0倍高い値を示した。以上より、Higd1AはCcO内の電子－プロトン移動の共役効率を上昇させることで、プロトンポンプ活性を増強していることが明らかとなった。CcOは酸素分子を基質として触媒反応、及びプロトンポンプを進行させることから、低酸素環境下ではその反応サイクルが遅くなると予想される。このような環境下において発現が誘導されるHigd1Aは、CcOのプロトンポンプ活性の増強を通し、低酸素時のエネルギー生産に寄与していることが期待される。