極限環境生物由来ヘムタンパク質の構造および機能解明

【研究背景】温泉のような高温・酸性環境から見出される生物由来の蛋白質は、安定性が高く、高温・酸性条件で効率よく機能する。蛋白質が安定性を獲得するためには、内部をより密にして、相互作用等を増やすことが一般的である。しかしそれは同時に、ヘモグロビンのようなガス結合能を有するヘム蛋白質にとっては酸素親和性の低下に繋がるため、安定性とガス親和性は言わば天秤の関係にある。【研究目的】当研究では、温泉環境に棲む生物の好熱菌や、酸耐性ユスリカ幼虫由来のヘム蛋白質に着目し、安定性とガス親和性の関係を明らかにすることとした。本研究の目的は、様々な極限環境生物由来のヘム蛋白質に着目し、それらの安定性とガス親和性に関する環境適応戦略を明らかにすることである。【方法および結果】好熱菌Hydrogenophilus thermoluteolus由来シトクロムc′は、安定性が高いことが特徴なガス結合型ヘム蛋白質である。当研究では、X線回折実験によりその立体構造を決定し、安定化やガス親和性に関与するアミノ酸を明らにした（S. Fujii et al., Protein Sci. 26, 737-748, 2017）。また、酸耐性ユスリカChironomus sulfurosus幼虫は、pH 2.0の酸性環境でも正常に生育する。この幼虫をpH 2.0 およびpH 7.0の条件で飼育し、mRNA次世代シーケシングによって酸性条件下で特異的に発現する遺伝子を探索した。その結果、34,964個の遺伝子を同定し、1,204個の遺伝子がpH 2.0で発現量が増加した。目的とするヘモグロビン遺伝子に関して、21種類のヘモグロビンの立体構造予測から、安定性の向上とガスへの親和性の向上を各ヘモグロビンが役割分担していることを見出した。

【研究背景】温泉のような高温・酸性環境から見出される生物由来の蛋白質は、安定性が高く、高温・酸性条件で効率よく機能する。蛋白質が安定性を獲得するためには、内部をより密にして、相互作用等を増やすことが一般的である。しかしそれは同時に、ヘモグロビンのようなガス結合能を有するヘム蛋白質にとっては酸素親和性の低下に繋がるため、安定性とガス親和性は言わば天秤の関係にある。【研究目的】当研究では、温泉環境に棲む生物の好熱菌や、酸耐性ユスリカ幼虫由来のヘム蛋白質に着目し、安定性とガス親和性の関係を明らかにすることとした。本研究の目的は、様々な極限環境生物由来のヘム蛋白質に着目し、それらの安定性とガス親和性に関する環境適応戦略を明らかにすることである。【方法および結果】好熱菌Hydrogenophilus thermoluteolus由来シトクロムc′は、安定性が高いことが特徴なガス結合型ヘム蛋白質である。当研究では、X線回折実験によりその立体構造を決定し、安定化やガス親和性に関与するアミノ酸を明らにした（S. Fujii et al., Protein Sci. 26, 737-748, 2017）。また、酸耐性ユスリカChironomus sulfurosus幼虫は、pH 2.0の酸性環境でも正常に生育する。この幼虫をpH 2.0 およびpH 7.0の条件で飼育し、mRNA次世代シーケシングによって酸性条件下で特異的に発現する遺伝子を探索した。その結果、34,964個の遺伝子を同定し、1,204個の遺伝子がpH 2.0で発現量が増加した。目的とするヘモグロビン遺伝子に関して、21種類のヘモグロビンの立体構造予測から、安定性の向上とガスへの親和性の向上を各ヘモグロビンが役割分担していることを見出した。