重金属イオンによるラン藻の転写調節因子SmtBの機能制御機構の構造化学的解析

本研究では、重金属イオン濃度のセンサーおよび転写因子の機能を持ち、その構造機能相関の解析により、分子内情報変換機構の解明が可能である、ラン藻Synechococcus PCC 7942のSmtBに着目し、重金属イオンとの結合により誘起されるSmtBの構造変化と認識塩基配列に対する結合能の変化との相関を構造化学的に解析し、SmtBの分子内情報変換機構を原子レベルで解明することを目的とした。本年度は、大腸菌による大量発現系を用いて作製した、安定同位体標識されたSmtBを試料とし、主として、多次元NMR分光法による解析を行うことで、(1)SmtBは溶液中で二量体として存在し、機能する、(2)SmtBは、亜鉛イオンと結合していない状態で、5本のαヘリックスと2本のρ鎖から構成されており、アミド末端から3番目と4番目のαヘリックスはDNA結合モチーフであるヘリックス-ターン-ヘリックスモチーフを形成する、(3)1分子のSmtBは2原子の亜鉛イオンと結合する、(4)亜鉛イオンとの結合に伴い、SmtBの二次構造は大きくは変化せず、三次以上の高次構造が変化する、(5)SmtBに結合する2原子の亜鉛イオンのうちの1原子は、2分子のSmtBが会合して二量体を形成する会合面の領域に結合し、もう1原子の亜鉛イオンの結合には、アミド末端側のフレキシブルな領域に含まれるシステイン残基(Cys14)が重要な役割を果たしている、(6)亜鉛イオンの配位子として機能する可能性のある3つのシステイン残基(Cys14、Cys61.Cys121)のうち、Cys14とCys121は、セリン残基に置換しても認識塩基配列にに対する結合親和性は変化しないことを明らかにした。

本研究では、重金属イオン濃度のセンサーおよび転写因子の機能を持ち、その構造機能相関の解析により、分子内情報変換機構の解明が可能である、ラン藻Synechococcus PCC 7942のSmtBに着目し、重金属イオンとの結合により誘起されるSmtBの構造変化と認識塩基配列に対する結合能の変化との相関を構造化学的に解析し、SmtBの分子内情報変換機構を原子レベルで解明することを目的とした。本年度は、大腸菌による大量発現系を用いて作製した、安定同位体標識されたSmtBを試料とし、主として、多次元NMR分光法による解析を行うことで、(1)SmtBは溶液中で二量体として存在し、機能する、(2)SmtBは、亜鉛イオンと結合していない状態で、5本のαヘリックスと2本のρ鎖から構成されており、アミド末端から3番目と4番目のαヘリックスはDNA結合モチーフであるヘリックス-ターン-ヘリックスモチーフを形成する、(3)1分子のSmtBは2原子の亜鉛イオンと結合する、(4)亜鉛イオンとの結合に伴い、SmtBの二次構造は大きくは変化せず、三次以上の高次構造が変化する、(5)SmtBに結合する2原子の亜鉛イオンのうちの1原子は、2分子のSmtBが会合して二量体を形成する会合面の領域に結合し、もう1原子の亜鉛イオンの結合には、アミド末端側のフレキシブルな領域に含まれるシステイン残基(Cys14)が重要な役割を果たしている、(6)亜鉛イオンの配位子として機能する可能性のある3つのシステイン残基(Cys14、Cys61.Cys121)のうち、Cys14とCys121は、セリン残基に置換しても認識塩基配列にに対する結合親和性は変化しないことを明らかにした。