[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

システインから無機硫黄を取り出す酵素反応の瞬間を捉える

[スポンサーリンク]

新年第一回目、第133回のスポットライトリサーチは、埼玉大学理工学研究科(高橋 康弘教授) 藤城 貴史 助教を紹介します。

藤城助教が研究をされている分子統御研究室(高橋研究室)では主に、鉄硫黄クラスターに関する研究が行われています。

鉄硫黄クラスターをもつタンパク質は、生体における酸化還元(電子伝達)反応に関与するのみでなくLewis酸やラジカル反応に関与するものとして働くなど、生命活動に極めて重要な役割を果たすことが知られています。その生合成機構を解明することは、生命活動の理解や生命化学の進展に大きく寄与すると考えられ、世界中で研究が行われています。

藤城助教らは今回、鉄硫黄クラスターの生合成系のひとつ『SUF-likeマシナリー』の理解への道を拓く研究成果を発表されました。

Fujishiro, T., Terahata, T., Kunichika, K., Yokoyama, N., Maruyama, C., Asai, K., Takahashi, Y.

”Zinc-ligand swapping mediated complex formation and sulfur transfer between SufS and SufU for iron-sulfur cluster biogenesis in Bacillus subtilis”

J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18464  DOI: 10.1021/jacs.7b11307

本研究はプレスリリースとしても発表されています。そこで第一著者である藤城助教にインタビューを行わせていただきました。

高橋教授からのコメントおよび原著論文も合わせ、インタビューをお楽しみください。

藤城さんには3年前に、埼玉大学の私の研究室に、初の助教として参加していただきました。私とは研究のバックグラウンドは異なるものの、研究への興味や対象が共通しています。また、サイエンスに向かう姿勢や考え方、発想の柔軟さ、逆境にめげないタフさなどを持ち合わせており、異分野交流により生まれる新たな風を期待しました。今回の研究は、まさにそれが実を結んだ形で、私にとっては“目からウロコ”のすばらしい成果となりました。今後も、研究・教育に情熱を注ぎ、新たな道を切り拓いて行ってくれることを期待しています。

高橋 康弘

Q1. 今回のプレスリリース対象となったのはどんな研究ですか?

 

必須金属補因子”鉄硫黄クラスター”の生合成系のひとつ「SUF-likeマシナリー」(図1)のシステイン脱硫酵素SufSと、硫黄運搬を担うZn含有タンパク質SufUが会合した「SufS-SufU複合体」(図2)、ならびに硫黄の授受における反応中間体のX線結晶構造解析に成功しました。SufU単独では、41番目のシステイン残基(Cys41)はZnの配位子のひとつですが、SufSと複合化することによって、SufSの342番目のヒスチジン残基(His342)とswapping(配位子置換)してフリーとなり(図2)、SufSからの無機硫黄をCys41-persulfide(SufU-SSH)の形で受け取ることが可能となります(図1、2、3)。本研究は、「Zn-CysからZn-Hisへの配位子交換を酵素反応開始のトリガー」とする非常にユニークな例であり、その生理学的な意味や、比較的安定なZn-Cys結合がHisと置換するdriving forceについてなど、生物学・化学のどちらの観点からも興味を引く内容となっています。

図1. SUF-likeマシナリーによる鉄硫黄クラスター生合成.太い矢印は、枯草菌ゲノム上のSUF-likeマシナリー成分をコードする遺伝子クラスター(sufCDSUB)を示す.またSUF-likeマシナリーによる鉄硫黄クラスター生合成では,SufSとSufUが無機硫黄の供給,SufBCDが鉄硫黄クラスター組み立てを担う.

図2. SufS-SufU複合体の全体構造と,SufS-SufU複合化におけるSufUのZnの配位子のswapping.SufUのCys41が外れ,代わりにSufSのHis342がZnに結合する.

図3. SufS-SufU複合体の境界面における無機硫黄の輸送ルート.SufSのPLP部位からSufSのCys361を経由して,SufUのCys41まで無機硫黄が渡される.

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

タンパク質の結晶化は、サンプルの鮮度が命ですので、SufS、SufU2つのタンパク質をそれぞれ別々に精製して複合化させたのち、結晶化スクリーニングまでの工程を1日以内にすべて終わらせるようにしました。また、反応中間体の構造解析のための結晶内酵素反応を行うときは、非常に脆いタンパク質の微小結晶を扱うため、丁寧に素早く操作を行いました。全体的に、集中力と体力、そして繊細さが、この種の実験では常に大事だと思います。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

本研究は、生物学と化学のいわゆる”境界領域”ですので、論文にするときのストーリーが非常に大事になります。例えば、我々の分野の場合は、化学系では”too biological”、生物系では”artifact” または “not biologically relevant”とか言われてしまいます。今回は化学系の雑誌でしたので、タンパク質の構造の図(cartoonとribbonの図)だけでなく、酵素反応のデータを追加したり、ChemDrawで描くような反応機構の図を足したりして、対応しました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

現在、私は分子生物学科に所属し、研究・教育活動を行っています。「分子レベルで生命現象を理解する」のが当学科のコンセプトでありますが、そこに加えて「生物が生み出す分子自身の面白さ」もまた、学生たちに伝わるような教育・研究を目指していきたいです。また、生物と化学の境界領域でいつも感じるのが、生物は我々の想像を超えるような分子を利用し、ユニークな活動(反応)を行っているということです。近年のゲノムサイエンスなどの発展などにより、潜在的に有用なバイオリソースがまだまだ多く存在することが示唆されています。化学だけでなく生物学の手法も交えながら、それらを探索して分子レベルで仕組みを理解し、生命化学の発展に貢献していけたらと考えています。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

日本最大の化学ポータルサイトChem-Stationに我々の研究を取りあげていただき、大変嬉しく思っています。私は元々化学を専攻し、ポスドクで生物系の研究環境に移ったのがきっかけで、現在に至ります。学生時代には全く予期してなかった道を進んでいますが、そういう“縁”のようなものは不思議で、かつ、とても大事なものだと日々感じます。研究は結局のところ人間が行う活動である以上、(研究の結果にはもちろん厳しくですが)人と人との縁も忘れず、楽しんで研究に励みましょう。

最後に、本研究を進めるにあたり、多くのご指導ご助言をいただきました高橋康弘先生に、この場をお借りして深く感謝申し上げます。

研究者の略歴

名前:藤城貴史

所属:埼玉大学 理学部分子生物学科 分子統御研究室(高橋研究室) 助教
研究テーマ:金属タンパク質、金属コファクター生合成
専門:生物無機化学、構造生物学、酵素学、構造ゲノム学

Avatar photo

めぐ

投稿者の記事一覧

博士(理学)。大学教員。娘の育児に奮闘しつつも、分子の世界に思いを馳せる日々。

関連記事

  1. 第99回日本化学会年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part…
  2. 水素ガス/酸素ガスで光特性を繰り返し変化させる分子
  3. ゴキブリをバイオ燃料電池、そしてセンサーに
  4. C-CN結合活性化を介したオレフィンへの触媒的不斉付加
  5. Excelでできる材料開発のためのデータ解析[超入門]-統計の基…
  6. 化学探偵Mr.キュリー8
  7. 3Dプリント模型を買ってコロナウイルス研究を応援しよう!
  8. Brevianamide Aの全合成:長年未解明の生合成経路の謎…

注目情報

ピックアップ記事

  1. ゼナン・バオ Zhenan Bao
  2. コッホ・ハーフ Koch-Haaf反応
  3. Noah Z. Burns ノア・バーンズ
  4. 森謙治 Kenji Mori
  5. 硤合不斉自己触媒反応 Soai Asymmetric Autocatalysis
  6. トシルヒドラゾンを経由するカルボニル化合物の脱酸素ヒドロフッ素化反応によるフルオロアルカンの合成
  7. 酵母還元 Reduction with Yeast
  8. 有機合成のための新触媒反応101
  9. パーキン反応 Perkin Reaction
  10. 「全国発明表彰」化学・材料系の受賞内容の紹介(令和元年度)

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年1月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

粉末 X 線回折の基礎知識【実践·データ解釈編】

粉末 X 線回折 (powder x-ray diffraction; PXRD) は、固体粉末の試…

異方的成長による量子ニードルの合成を実現

第693回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院理学系研究科(佃研究室)の髙野慎二郎 助教にお願…

miHub®で叶える、研究開発現場でのデータ活用と人材育成のヒント

参加申し込みする開催概要多くの化学・素材メーカー様でMI導入が進む一…

医薬品容器・包装材市場について調査結果を発表

この程、TPCマーケティングリサーチ株式会社(本社=大阪市西区、代表取締役社長=松本竜馬)は、医…

X 線回折の基礎知識【原理 · 基礎知識編】

X 線回折 (X-ray diffraction) は、原子の配列に関する情報を得るために使われる分…

有機合成化学協会誌2026年1月号:エナミンの極性転換・2-メチル-6-ニトロ安息香酸無水物(MNBA)・細胞内有機化学反応・データ駆動型マルチパラメータスクリーニング・位置選択的重水素化法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年1月号がオンラインで公開されています。…

偶然と観察と探求の成果:中毒解毒剤から窒素酸化物を窒素分子へ変換する分子へ!

第692回のスポットライトリサーチは、同志社大学大学院理工学研究科(小寺・北岸研究室)博士後期課程3…

嬉野温泉で論文執筆缶詰め旅行をしてみた【化学者が行く温泉巡りの旅】

論文を書かなきゃ!でもせっかくの休暇なのでお出かけしたい! そうだ!人里離れた温泉地で缶詰めして一気…

光の強さで分子集合を巧みに制御!様々な形を持つ非平衡超分子集合体の作り分けを実現

第691回のスポットライトリサーチは、千葉大学大学院 融合理工学府 分子集合体化学研究室(矢貝研究室…

化学系研究職の転職は難しいのか?求人動向と転職を成功させる考え方

化学系研究職の転職の難点は「専門性のニッチさ」と考えられることが多いですが、企業が求めるのは研究プロ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP