シアノバクテリアにおける光受容色素合成酵素の構造機能解析に基づく機能デザイン

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高等植物、紅藻、ラン藻は、ビリン色素を光受容、光合成に利用している。ビリンはヘムの代謝産物のビリベルジンIXα(BV)から、フェレドキシン依存性ビリン還元酵素(FDBR)によって合成される。FDBRファミリーのうちのPcyAはフェレドキシンから電子を受け取り、BVを2段階反応で部位特異的に還元する。すなわちPcyAは、まずBVのD環ビニル基を還元して18^1,18^2-dihydro-BV(18BV)を生成し、次に18BVのA環を還元してフィコシアノビリンを生成している。このことは、PcyAがBVの非対称性を区別し、還元順序を制御する特異な分子機構を持つことを示す。これまでにシアノバクテリアSynechocystis sp.PCC 6803由来のPcyAとPcyA-BV複合体のX線結晶構造解析を行い、FDBRにおいてPcyAの立体構造を初めて明らかにした。これら結晶構造を基にPcyAの活性残基や基質認識機構を示した。PcyA反応機構の更なる構造学的基盤を得るため、反応中間体の構造解析を試み、中間産物18BVとそのアナログBV13のPcyAとの各複合体の結晶構造を1.48Å、1.04Å分解能で解析した。これにより、活性残基のうちのE76は反応過程において構造変化することが判明し、E76が還元順序を制御していることを示唆した。反応制御に対するE76の寄与を明らかにするため、E76変異体の生化学的解析を行うこととした。すなわち、E76変異体によるBV還元を行い、HPLC等を用いて生成物を同定する。既に変異タンパク質の大腸菌による大量発現系を構築し、精製を行った。結晶構造解析も生化学的解析の強力なツールとなるため結晶化条件を検討したところ、E76Q、E76DのBV複合体の微結晶が析出したため、その条件を最適化している。本研究により、2段階反応の制御機構の解明が期待できる。なお、本研究により第8回日本蛋白質科学会年会若手ポスター賞を受賞した。