Mechanism of construction and cyclization of the heme precursor tetrapyrrole

血红素前体四吡咯的构建和环化机制

• 批准号: 22K05321
• 负责人: 佐藤 秀明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kurume University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05321/
• 关键词: ヘム生合成; ポルフィリン生合成; テトラピロール; X線結晶構造解析; 酵素反応機構

ヘム生合成経路の途中では、ヒドロキシメチルビランシンターゼ（HMBS）によって4分子のポルホビリノーゲン（PBG）から合成される鎖状テトラピロールが、ウロポルフィリノーゲンIIIシンターゼ（UROS）によってD環ピロールの反転を伴いながら環状化される。本研究では、これらの酵素について立体構造と溶液中での反応の両面から検討を行い、非対称な側鎖配置を持つヘムのポルフィリン環が構築される反応機構の理解を目指している。これまでにヒト由来HMBSについて、ホロ型および、補因子に2分子の基質PBGを連結した反応中間体ES2型で、基質類似体との複合体のX線結晶構造解析に成功し、鎖状テトラピロールの構築過程でPBGがどのように連結されていくのかについて考察してきた。今年度はUROSの詳細な立体構造解析を目指して、まずは結晶の調製に取り組んだ。試料は、大腸菌で大量発現させ、各種のカラムクロマトグラフィーで精製したヒト由来UROSを用いた。基質や反応生成物を含まないUROS単独の結晶化を、シッティングドロップ蒸気拡散法で、大気下、20℃で実施したところ、微結晶やクラスターを得られる有望な結晶化条件がいくつか見つかってきた。一方、UROSと大気下で不安定な反応生成物との共結晶化も嫌気条件下で試行してきたが、これまでのところ適切な結晶化条件は見つかっていない。今後、得られた酵素単独の結晶で、また反応生成物との共結晶を得て、X線結晶構造解析を実施し、テトラピロール環状化の反応機構について考察する予定である。

In the course of the synthesis of organic compounds (HMBS), the four components of PBG (PBG) are combined to form a lock-type compound (UROS), which is a ring type compound. This study is aimed at the understanding of the three-dimensional structure of the enzyme, the surface structure of the reaction in solution, and the structure of the reaction mechanism in the asymmetric side lock configuration. The X-ray crystallographic analysis of PBG from HMBS was successful. The construction process of PBG was investigated successfully. This year, the detailed three-dimensional structure analysis of UROS is indicated, and the modulation of crystals is selected. Sample, coliform bacteria are found in large quantities, and various kinds of products are refined from UROS. The crystallization conditions of matrix and reaction products including UROS are expected to be obtained by evaporation method at high temperature and 20℃. In one case, UROS is unstable under high temperature, and the product is co-crystallized under high temperature. In the future, we will obtain the crystallization of the enzyme, the crystallization of the reaction product, the co-crystallization of the X-ray crystal structure analysis, and the investigation of the reaction mechanism of the cyclic reaction.

项目成果

ヘムオキシゲナーゼ1とシトクロムP450還元酵素の複合体形成を利用した二分子間FRETヘムセンサーの開発

利用血红素加氧酶 1 和细胞色素 P450 还原酶之间的复合物形成双分子 FRET 血红素传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: 前田圭介;杉島正一;平 順一;坂本 寛
• 通讯作者: 坂本 寛

MALDI-TOF MSを用いた重水素交換質量分析法によるシトクロムP450還元酵素の構造解析

使用 MALDI-TOF MS 通过氘交换质谱法对细胞色素 P450 还原酶进行结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 植村祥太;中村竜太;杉島正一;平 順一;坂本 寛
• 通讯作者: 坂本 寛

フィトクロモビリン合成酵素HY2の中性子結晶構造解析に向けた結晶性改善への取り組み

提高植物色素合成酶 HY2 中子晶体结构分析结晶度的努力

• 发表时间: 2023
• 作者: 藤田有紀;杉島正一;海野昌喜
• 通讯作者: 海野昌喜

久留米大学研究者紹介：佐藤秀明

久留米大学研究员介绍：佐藤秀明

ヘム代謝系酵素の複合体形成を利用した二分子間FRETヘムセンサーの開発

利用血红素代谢酶的复杂形成开发双分子 FRET 血红素传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: 前田圭介;杉島正一;平 順一;坂本 寛
• 通讯作者: 坂本 寛