ヘム結合型酸素センサーキナーゼの酸素センシングとリン酸化シグナリングの分子機構

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根粒菌のFixL・FixJタンパク質はそれぞれ二成分情報伝達系の酸素センサーヒスチジンキナーゼとレスポンスレギュレーターである。とりわけ、FixLはセンサードメインにヘムを含むユニークなセンサータンパク質であり、リガンドである酸素の結合/解離を分光学的に精密に扱えるという研究上の利点を持つ。我々はFixL・FixJ混合液中でATPを用いたリン酸化反応の前後でFixLの酸素親和性が低下することを発見し、さらに、ADPがFixLの酸素親和性を低下させるアロステリックエフェクターであることを突き止めた。ADPはATPと競合的にリン酸化触媒部位に結合すること、ATPの方がADPより強く結合することがわかった。これらの結果から、FixLホモダイマー中でATPを用いたリン酸化反応の際に生成したADPが交互にFixLサブユニットのリン酸化反応を促進する2気筒エンジンモデルを提案した。ADPによってリガンド親和性が変化するという発見は二成分情報伝達系研究において初めてである。ヒスチジンキナーゼは例外なくホモダイマーで機能していることから本モデルの普遍性が予想され、あらたなパラダイムを構築した。また、細胞におけるヘムの重要性を考え、動物細胞におけるヘムの輸送を研究した。本研究では細胞への取込みを検出するために蛍光性類似体である亜鉛ポルフィリンを用い、蛍光顕微鏡で観察した。亜鉛ポルフィリンの取り込みには細胞種特異性、ヘムによる阻害、pH依然性、タンパク質修飾剤感受性などが認められ、特異的なヘム輸送体、もしくは受容体の存在が示唆された。