Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

蛋白質複合体 / 一酸化窒素 / 脱窒 / 金属酵素 / 反応機構 / 時間分解計測 / 超分子複合体 / ヘム / 相互作用 / 酵素反応 / 電子顕微鏡 / CryoEM / タンパク質複合体 / 金属タンパク質

微生物が行う嫌気呼吸の一種であり、硝酸から窒素分子への4段階の連続した化学反応からなる脱窒反応が、どのようにして効率よく行われているか、その仕組みの理解を目指して研究を行った。本課題では、脱窒の中間生成物である一酸化窒素（NO）が高い細胞毒性を示すことに着目し研究を進めた結果、NOを合成する亜硝酸還元酵素（NiR）とNOを分解するNO還元酵素（NOR）が複合体を形成することで、NOを細胞環境に拡散させずに速やかに分解していることを発見した。NORによるNO分解の反応機構に関する研究にも着手し、二分子のNOが段階的にNORに結合し、NOの還元反応が進行することを突き止めた。

細胞内は、生体分子でみたされたクラウディングという状態にあり、生体内での反応は、多数の夾雑物が存在する条件下で行われる。脱窒のように連続した化学反応が分子夾雑下で効率よく行われるためには、それぞれの反応を触媒する酵素タンパク質が連携して強調的に機能する仕組みが必要となる。このような問いに対する一つの回答として、本研究から、脱窒に関わるタンパク質が相互作用することで、中間生成物を拡散させずに効率よく逐次反応を行っていることが示唆された。一連の生理反応に関わるタンパク質が相互作用して機能するという概念は、脱窒以外の反応系にも適用できる考え方であり、一般性のある現象であることが推察される。

シトクロムP450 / 一酸化窒素 / NO合成酵素 / チオレート / ポルフィリン / 酸化 / 水素結合 / 酵素阻害剤 / ヘムーチオレート / 活性腫 / 過酸 / ヘム / NO / ペプチド / アイソザイム / 阻害剤 / 発現系

1)ヘムの反応特性に関し開発した唯一の安定型ヘムーチオレート錯体(SR錯体)を開発してきたが、この配位構造と一酸化窒素(NO)との配位化学を世界に先駆けて詳細に検討することに成功した。SR錯体はNOと安定で可逆的な錯形成を行いその錯形成定数において顕著な軸配位子効果が認められた。本研究でチオレート配位であることにより鉄へのNO配位力は他の錯構造より大きく弱められていることがわかり、本酵素の生成物阻害に関する議論に対して強い示唆を与える結果である。
2)シトクロムP450において軸配位子部のNH-S水素結合の存在が確認されている。このNH-S水素結合を有する活性中心モデルを合成し、水素結合を有さないモデルとの比較を行った。その結果、水素結合を受けることにより鉄一硫黄結合距離が短くなること、酸化活性種の求親電子性が高まることを見いだし、ヘムーチオレート構造の触媒機能に及ぼすNH-S水素結合の効果を初めて明らかにした。
以上1)、2)よりシトクロムP450、NO合成酵素で興味を持たれながら未解明であった構造と機能の関連について重要な点を明らかにできた。
3)P-450を強く配位阻害する新規骨格をSR錯体をプローブとし見いだし,新たな医薬創製に役立てる事を目的に,特に有効な阻害剤のないNOSの活性を制御する化合物の探索を行い,高い選択性を有する阻害剤の開発に成功した。ヒト酵素での高い選択性と活性を有する阻害剤を求めて構造活性相関を行い、その結果ジペプチドであるL-イソチオシトルリニルL-アミノ酸がヒトiNOS選択的に酵素阻害を起こすことを見いだした。これによりヒトiNOSの基質結合部位のC末部位に一定の疎水基親和性のある部位が存在するという本研究者の作業仮説を裏付ける結果が得られた。本知見は有効なNOS阻害に基づく治療薬設計の一指針になると考えられる。

【研究分担者】
新井博之	東京大学	大学院農学生命科学研究科(農学部)	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
永井慎一	名古屋市立大学	大学院・薬学研究科	講師	(Kakenデータベース)
植田泰誠	名古屋市立大学	大学院・薬学研究科	助教授	(Kakenデータベース)
浦野泰照	東京大学	大学院・薬学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
菊地和也	東京大学	大学院・薬学系研究科	助手	(Kakenデータベース)