238 研究領域の現状
6-5 生命・錯体分子科学研究領域
生体分子機能研究部門
青 野 重 利（教授） （2002 年 5 月 1 日着任）
A -1).専門領域：生物無機化学
A -2).研究課題：
a). ヘム含有型気体分子センサータンパク質の構造と機能に関する研究 b).ヘムを活性中心とする新規な脱水酵素の構造と機能に関する研究
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). バクテリアの酸素に対する走化性（A erotaxis）制御系において酸素センサーとして機能するシグナルトランスデュー サータンパク質 HemA T は，センサードメインとしてグロビンドメインを有しており，グロビンドメイン中に含まれる ヘムに O2が結合した場合にのみ，H emA T と複合体を形成している C heA タンパク質の自己リン酸化活性を活性化 する。H emA T センサードメインと大腸菌由来のシグナルトランスデューサータンパク質 T sr タンパク質の M C P ドメ インから調製したキメラタンパク質を用い，センサードメイン中のヘムの酸 化状態ならびに配 位構造変化による C heA 自己リン酸化制御について検討した結果，本キメラタンパク質においても，センサードメイン中のヘムに O2が 結合した場合に，C heAの自己リン酸化反応が促進されることが分かった。緑膿菌（Pseudomonas aerginosa）中に含 まれる A er2 タンパク質が，ヘムを活性中心とする新規な酸素センサータンパク質であることを見出した。A er2 タン パク質では，分子中に存在する PA S ドメインがセンサードメインとして機能しており，PA S ドメイン中にヘムが含ま れていることが分かった。A er2 は，センサードメインとして機能する P A S ドメインの他に，M C P ドメインを有して いる。このことから，A er2 の生理機能は，HemA T と同様，A erotaxis 制御系におけるシグナルトランスデューサータ ンパク質であると考えられる。
b).アルドキシム脱水酵素はアルドキシムの脱水反応によりニトリルを生成する反応を触媒する新規なヘム含有酵素であ る。本酵素の活性は，分子中に含まれるヘムの酸化状態の違いによって制御されている。すなわち，分子中のヘム が F e
3+
の状態にある酸化型 Oxd は酵素活性を示さず，ヘムが F e
2+
の状態にある還元型 Oxd のみが酵素活性を示す。 Ox d が酸化還元酵素では無いにも関わらず，ヘムの酸化状態変化により酵素活性が制御されているのは，基質であ るアルドキシムのヘム鉄への配位モードが，ヘムの酸化状態の違いにより異なるためであることが分かった。酸化型 Ox d では，アルドキシム分子中の酸素原子がヘム鉄に配位するのに対し，還元型 Ox d ではアルドキシム分子中の窒 素原子がヘム鉄に配位する。このような，ヘムの酸化状態変化に伴う基質分子の配位構造変化を利用した活性制御 機構は，これまでに全く例の無い，新規な機構である。酸化型 Ox d と基質であるアルドキシムが，不活性な酵素基 質複合体を形成することを利用して，この不活性な酵素基質複合体の結晶化に成功した。また，このようにして得ら れた結晶を低温下，Ｘ線照射により還元することで，結晶状態を保ったまま，還元型 Ox d とアルドキシムの酵素基 質複合体（M i chael i s. compl ex）へと変換することが可能であった。その結果，Ox d の酵素基質複合体（M i chael i s. compl ex）の結晶構造解析にも成功した。得られた結晶構造に基づき，本酵素反応の反応機構を明らかにすることに 成功した。
研究領域の現状 239 B -1). 学術論文
H. SAWAI, H. SUGIMOTO, Y. KATO, Y. ASANO, Y. SHIRO and S. AONO, “X-Ray Crystal Structure of Michaelis Complex of Aldoxime Dehydratase,” J. Biol. Chem. 284, 32089–32096 (2009).
B -4). 招待講演
S. AONO, “Physiological role of thiolate coordination to the heme in CooA from R. rubrum,” 16th International Conference
on Cytoshrome P450, Okinawa (Japan), June 2009.
S. AONO, “Molecular oxygen regulates the enzymatic activity of a heme-containing diguanylate cyclase, HemDGC,” 14th
International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-14), Nagoya (Japan), July 2009.
S. AONO, “Structure and function of aldoxime dehydratase containing a heme as the active center for dehydration reaction,”
Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry (SABIC-2009), Mumbai (India), November 2009.
H. SAWAI, H. SUGIMOTO, Y. KATO, Y. ASANO, Y. SHIRO and S. AONO, “Reaction mechanism of aldoxime dehydration
revealed by X-ray crystal structure of the Michaelis complex of aldoxime dehydratase,” 2nd Japan-Korea Seminar on Biomolecular Sciences Experiments and Simulations, Nagoya (Japan), December 2009.
青野重利 ,.「一酸化炭素センサー機能を有する転写調節因子 C ooA の構造機能相関」,. 第８２回日本生化学大会 ,. 神戸 ,. 2009 年 10月.
B -7). 学会および社会的活動 学協会役員等
触媒学会生体関連触媒研究会世話人.(2002–.). 日本化学会生体機能関連化学部会幹事.(2007–.). 日本化学会東海支部常任幹事.(2009–.).
学会の組織委員等
第１４回国際生物無機化学会議組織委員会総務委員長.(2009).
J apan-K orea.Seminar.on.Biomolecular.Sciences—E xperiments.and.Simulations 組織委員.(2008,.2009). 文部科学省，学術振興会，大学共同利用機関等の委員等
日本学術振興会特別研究員等審査会専門委員.(2005–2007). 日本学術振興会国際事業委員会書面審査員.(2005–2007). 学会誌編集委員
J. Biol. Inorg. Chem., Editorial Advisory Board (2002–2004).
B -10).競争的資金
文部科学省科研費特定領域研究（公募研究）,.「一酸化炭素をエフェクターとする転写調節因子の一酸化炭素応答および DNA 認識機構」,.青野重利.(1998年 –2000 年 ).
文部科学省科研費基盤研究 (C ),.「シグナルセンサーとしてのヘムを有する転写調節因子の構造と機能に関する研究」,. 青野重利. (2000 年 –2001年 ).
240 研究領域の現状
文部科学省科研費特定領域研究（計画研究）,.「一酸化炭素センサーとして機能する転写調節因子 C ooA の構造と機能」,. 青 野重利.(2000 年 –2004年 ).
日本学術振興会科研費基盤研究 (B),.「ヘムを活性中心とする気体分子センサータンパク質の構造と機能」,.青野重利.(2002 年 –2003年 ).
日本学術振興会科研費萌芽研究 ,.「気体分子センサータンパク質の構造機能解析とそのバイオ素子への応用」,. 青野重利. (2002 年 –2003年 ).
東レ科学振興会科学技術研究助成金 ,.「気体分子による生体機能制御のケミカルバイオロジー」,.青野重利.(2003年 ). 日本学術振興会科研費基盤研究 ( B ) ,.「生体機能制御に関与する気体分子センサータンパク質の構造と機能」,. 青野重利. (2004年 –2006年 ).
文部科学省科研費若手研究 ( B ) ,.「新規な金属中心を有する酸素センサータンパク質の構造とシグナル伝達機構」,. 吉岡資郎. (2005年 –2006年 ).
文部科学省科研費特定領域研究（公募研究）,.「タンパク質配位空間を利用した気体分子センシングとシグナル伝達」,. 青野重 利.(2005年 –2007年 ).
内藤記念科学振興財団内藤記念科学奨励金（研究助成）「気体分子によ,. る生体機能制御のケミカルバイオロジー」,.青野重利. (2006年 ).
倉田記念日立科学技術財団倉田奨励金（研究助成）,.「一酸化炭素，一酸化窒素，酸素による遺伝子発現制御の分子機構」,. 青野重利.(2006年 ).
文部科学省科研費若手研究 ( B ) ,.「新規な機能を有する酸素センサータンパク質における機能発現機構の解明」,. 吉岡資郎. (2007年 –2008年 ).
日本学術振興会科研費基盤研究 (B),.「気体分子を生理的エフェクターとする金属含有センサータンパク質の構造と機能」,.青野 重利.(2007年 –2009年 ).
文部科学省科研費特定領域研究（公募研究）,.「ガス分子により駆動される新規なセンサータンパク質の機能発現機構」,. 青野 重利.(2007年 –2010 年 ).
C ). 研究活動の課題と展望
近年，酸素（O2），一酸化炭素（C O），一酸化窒素（NO）などの気体分子が生理的なエフェクター分子として機能し，遺伝子 発現制御，走化性制御，セカンドメッセンジャー（cyclic. di-G MP）の合成／分解制御など様々な生理機能制御に関与してい ることが報告され，気体分子の新規生理機能として大きな注目を集めている。当研究室では，これら気体分子が生理機能を 発揮するために必要不可欠な気体分子センサータンパク質を研究対象とし，それらの構造機能相関ならびに機能発現機構 を分子レベルで明らかにすることを目的として研究を進めている。今後は，構造生物学的な実験手法を活用し，これら気体 分子センサータンパク質のより詳細な構造機能相関解明を進めるとともに，気体分子以外の小分子，金属イオン等のセンサー タンパク質に関する研究にも取組みたいと考えている。
