2026-03-08T20:21:26Z https://ir.soken.ac.jp/oai

oai:ir.soken.ac.jp:00000245 2023-06-20T16:14:13Z 2:427:9

The mechanism of oxygen sensing and signal transduction in the heme-based oxygen sensor protein HemAT from Bacillus subtilis The mechanism of oxygen sensing and signal transduction in the heme-based oxygen sensor protein HemAT from Bacillus subtilis 吉村, 英哲 ヨシムラ, ヒデアキ YOSHIMURA, Hideaki 総合研究大学院大学 博士（理学） HemATは細菌類の酸素に対する走化性を担う0₂センサータンパク質の一つであ<br />る.HemATのセンサードメインはグロビン構造を取り,またシグナル伝達ドメイン<br />は細菌類の代表的な走化性レセプターであるMCPと相同性を有する.HemATは0₂<br />のみを選択的に認識し,構造変化を誘起することで走化性シグナルを発生している<br />と考えられる.しかしHemATがどのようにO₂とCOやNOのような他の生理活性<br />を示す気体分子を識別しているか,また0₂を感知した後どのようにしてシグナル<br />伝達を行っているかという機構については十分解明されていない.本論文では枯草<br />菌由来のHemAT(HemAT-Bs)について,選択的02感知機構およびシグナル伝達機<br />構の解明を目的として研究を行った.<br /> 第1章では関連する気体分子センサータンパク質に関するこれまでの研究を概観<br />すると共に.これまで行われてきたHemAT-Bsにっいての研究を紹介し,O₂認識及<br />びシグナル伝達の機構解明について残されている課題,またそれらを明らかにする<br />ことの意義について述べる.<br /><br /> Chater2. Secific hydrogen-bonding networks responsible for selective O₂ sensing of<br /> HemAT-Bs<br /><br /> これまで行われた研究の結果,O₂結合型HemAT-Bsではヘムに結合したO₂に対して<br />Thr95が水素結合を形成することが明らかとなっている.しかし,この水素結合が<br />HemAT-Bsによる選択的なO₂認識に関与しているかどうかは十分解明されていない.第2<br />章では,共鳴ラマン分光法を用いてHemAT-Bsによる選択的02認識機構について解明した<br />研究結果を述べる.<br />CO結合型およびNO結合型HemAT-Bsの共鳴ラマンスペクトルを解析した結果,HemAT-Bs<br />中のヘムに結合したCOとNOは周辺残基と水素結合を形成しないことがわかった.すなわ<br />ち,HemAT-Bsは選択的O₂感知のために,O₂に対してのみ水素結合を形成するための特有<br />の機構を有していると推定された.さらにこれらのスペクトルとO₂結合型のスペクトルと<br />を比較し詳細に解析した結果,O₂がヘムに結合した場合のみでヘムプロピオン酸とHis86<br />の間に水素結合が形成されていることがわかった.さらに,H86A変異体では野生型で存在<br />するThr95とヘムに結合したO₂間に直接の水素結合が存在しないことを見出した.これらの<br />結果より,His86とヘムプロピオン酸間の水素結合は,Thr95が02と直接水素結合を形成す<br />るために必須であると結論づけた.<br /> 以上の結果から,以下のようなHemAT-BsのO₂選択的感知機構を提案した.<br />HemAT-BsのヘムにO₂が結合すると,ヘムプロピオン酸とHis86間に水素結合が形<br />成され,ヘム遠位空間の構造変化を誘起する.この構造変化はThr95をO₂に近づ<br />け,Thr95とO₂間の水素結合形成を促進する.一方CO,NO結合型ではヘムプロ<br />ピオン酸一His86間の水素結合が形成されないためヘム遠位空間の構造変化が誘起<br />されず,Thr95はCOやNOから遠い位置にとどまり,水素結合は形成されない<br /><br /> Chater3. Signal transduction pathway through the heme proximal pocket in HemAT-Bs<br /><br /> HemAT-Bsに対するこれまでの研究はヘム遠位空間によるO₂感知及びシグナル伝達に焦<br />点が絞られていた.しかし,ヘム近位側経由でシグナル伝達を行うヘムタンパク質も存在<br />する.そこで第3章ではHemAT-Bsのヘム近位側を経由したシグナル伝達系路について検<br />討した結果を述べる.<br /> これまでに報告されているHemAT-Bsセンサードメインの結晶構造によると,ヘム近位<br />側に存在するTyr133と近位ヒスチジンであるHis123間の距離が,CN結合型の方がデオキ<br />シ型と比較して小さくなっている.この結果はHemAT-Bs中のヘムに配位子が結合するこ<br />とで,His123とTyr133間に水素結合が形成される可能性を示唆している.このような反<br />応が実際に起こっているかを確認するため,時間分解共鳴ラマン分光法を用いて,デオキ<br />シ型とCO結合型を光解離させた直後の生成物のヘム近位構造の特徴を比較した.その結<br />果,この水素結合はCO結合型では存在するが,デオキシ型では存在しないことがわかっ<br />た.Tyrl33はHemAT-Bs中のGヘリックスと呼ばれる部分に存在し,GヘリックスとHヘ<br />リックスはMCPに特有なヘリックスバンドル構造を構成している.従って,配位子が結<br />合することにより生じるTyr133の動きは,このヘリックスバンドルに対して,他のMCP<br />と同様の構造変化を誘起することでシグナル伝達に関与していると考えられる.また,今<br />回HemAT-Bsで見られた,配位子の有無によるヘム近位空間での水素結合形成を用いたシ<br />グナル伝達はこれまでに報告例が無く,ヘムタンパク質の構造変化伝達機構として新規な<br />ものである.<br /><br /> Chater4. Summary and general conclusion<br /><br /> 第4章では本研究における結果を総括するとともに,今後の展望についても述べる application/pdf 総研大甲第1023号 thesis 2007-03-23 application/pdf application/pdf https://ir.soken.ac.jp/record/245/files/甲1023_要旨.pdf https://ir.soken.ac.jp/record/245/files/甲1023_本文.pdf https://ir.soken.ac.jp/records/245 eng