生体内の分子間ネットワークの人工制御を目指した新規機能性蛋白質の創製

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本研究では、生体内のヘム濃度を感知してヘム分解酵素の発現を制御するヘム応答性の転写制御因子Bach1の働きに注目し、生化学的・構造生物学的見地から解析を進めてきた。本年度は、Bach1に結合したヘムの配位状態と結合部位の同定を意図し、Bach1-ヘム複合体に対する各種分光学的測定とシステイン-プロリン配列(CPモチーフ)の変異体に対する正確なヘム結合測定を行った。その結果、以下のような顕著な研究成果を得た。Bach1には5つのヘムが結合し、2種類のヘム結合様式があることを初めて明らかにした。また、1つはCPモチーフ以外のシステインと窒素性のアミノ酸が配位した状態(結合様式Type1)でBach1に結合し、そのうち4つは、3-6番目のCPモチーフのシステインが配位した状態(結合様式Type2)で結合することを示した。最近の報告によれば、3,4番目のCPモチーフはヘム依存的な核外排出に、5,6番目のCPモチーフはヘム依存的なDNA解離に関わっているとされており、本研究の結果はBach1による転写調節と核外排出が、結合様式Type2を示すヘムを複数個用いて、独立に制御されている可能性を示している。さらに、Bach1に取り込まれたヘムがHO-1に速やかに受け渡されることも実験的に示しており、核内のヘムを細胞質のHO-1に効率よく分解させるためにヘムを大量に核外へと排出させることも、Bach1の大きな役割の1つであると提案している。本研究で得られた知見は、Bach1のみならず、ヘムを感知することで転写や翻訳などの機能を制御する「ヘムセンサータンパク質」のヘム感知機構を解明する上でも極めて重要である。今後、結合様式Type1のヘムが制御している機能やType2のヘムとの関わりなどがさらに明らかになれば、生体内でのヘム応答機構を人工的に扱えるようになると考えている。