230 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) 新規なセンサー型転写調節因子の構造と機能に関する研究
b) 細胞内の遷移金属イオンの恒常性維持に関与するタンパク質の構造機能相関解明
A -3) 研究活動の概略と主な成果
a) ヘム（鉄ポルフィリン錯体），およびビタミン B12（コバラミン錯体）は，代表的な遷移金属含有型補欠分子族であり， タンパク質中に存在するこれらの分子が活性中心として機能することにより，多様な生理機能を発現することはよく 知られている。ヘムタンパク質に関する研究は，これまでに数多く報告されており，新規な研究対象とはならないと 考えられがちであるが，近年になって，ヘムおよびヘムタンパク質の新規な生理機能が次々と報告され始め，多くの 研究者の注目を集めている。それらの代表的な例として，酸素，C O，N O などのガス分子に対するセンサーとして の機能を有し，遺伝子発現制御，走化性制御，セカンドメッセンジャーの合成・分解を介した多様な生理機能制御 などに関与する一群のヘムタンパク質がある。ガス分子センサータンパク質においては，分子中に組込まれたヘムが センサー活性中心として機能することにより，新規な生理機能を発現している。当研究室でもこれまでの研究におい て，ヘムを活性中心とする一連のガス分子センサータンパク質の構造機能相関解明に関する研究を行ってきた。また 近年，遷移金属イオン・遷移金属含有補欠分子族の新規な生理機能として，こららが生体系におけるシグナルセン シング・シグナル伝達に関与している例が報告され，生物無機化学の新たな研究対象として大きな注目を集めている。 本研究では，ビタミン B12（コバラミン）をセンサー活性中心として利用している，新規な光センサー型転写調節因 子 C arH，ヘム（鉄プロトポルフィリン）分子をシグナル分子とする新規な転写調節因子 H rtR および Pef R を研究対 象とし，これらセンサー型転写調節因子による光・ヘム分子センシング，外部シグナル（光，ヘム分子）によるセン サー型転写調節因子の機能制御，ならびに外部シグナルに応答した遺伝子発現制御の分子機構解明を目的とした研 究を行っている。
b) 鉄，銅，コバルト等の遷移金属イオンは，必須微量元素として生物には必須のものであり，その濃度が不足した場 合には欠乏症による不具合がある一方で，必要量以上の遷移金属イオンが細胞内に存在すると細胞毒性を示す。し たがって，生物は細胞内の遷移金属イオン濃度を適正に維持し，その恒常性を保つために精緻な制御システムを発 達させている。また，細胞内では金属イオンのみならず，ヘムや鉄硫黄クラスターといった金属イオン含有型補欠分 子族についても厳密な制御システムが存在している。本研究では，このような制御系の中でも特に，鉄含有補欠分 子族であるヘムの細胞内濃度制御に関わるヘム輸送タンパク質，ならびに遷移金属イオンセンサーとして機能する一 連の転写調節因子を対象とし，それらの構造機能相関の解明を目的とした研究を行っている。
研究領域の現状 231 B -1) 学術論文
K. NAKATANI, H. ISHIKAWA, S. AONO and Y. MIZUTANI, “Heme-Binding Properties of Heme Detoxification Protein from Plasmodium falciparum,” Biochem. Biophys. Res. Commun. 439, 477–480 (2013).
T. ISHIDA and S. AONO, “A Model Theoretical Study on Ligand Exchange Reactions of CooA,” Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 6139–6148 (2013).
B -3) 総説，著書
S. AONO, “The Dos family of globin-related sensors using PAS domains to accommodate haem acting as the active site for sensing external signals,” Adv. Microbial Physiol. 63, 273–327 (2013).
B -4) 招待講演
S. AONO, “Structural Basis for Oxygen Sensing and Signal Transduction of the Heme-based Sensor Protein Aer2,” 5th Japan- Korea Seminar on Biomolecular Sciences Experiments and Simulations, Seoul (Korea), February 2013.
S. AONO, “Signal sensing and signal transduction in heme sensor proteins,” 223rd The Electrochemical Society Meeting, Tronto (Canada), May 2013.
S. AONO, “Structural Basis for Oxygen Sensing and Signal Transduction of the Heme-Based Sensor Protein Aer2,” 6th Japan- Korea Seminar on Biomolecular Sciences Experiments and Simulations, Okazaki (Japan), November 2013.
S. AONO, “Biological signal transduction using heme as a signaling molecule,” The 64th Conference of Japan Society of Coordination Chemistry, Okinawa (Japan), November 2013.
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 (2009–2010). 学会の組織委員等
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International C onference on Biological Inorganic C hemistry 組織委員会総務委員長 (2009). T he first International Symposium on Biofunctional C hemistry 組織委員 (2012).
J apan-K orea Seminar on Biomolecular Sciences—E xperiments and Simulations 組織委員 (2008–2010, 2012–2013). 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). 日本学術振興会科学研究費委員会専門委員 (2010–2012). 学会誌編集委員
J. Biol. Inorg. Chem., Editorial Advisory Board (2002–2004). Biosensors, Editorial Board (2010– ).
Chemistry Letters, Section Editor (2013– ).
232 研究領域の現状 B -8) 大学での講義，客員
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科 , 「先端薬学特論」, 2013年 6月.
東京工業大学生命理工学部生命工学科 , 「生命理工学特別講義第三」, 2013年 7月.
B -10) 競争的資金
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 ).
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 ). 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 ).
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 ).
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 ).
ノバルティス科学振興財団研究奨励金 , 「ガス分子により駆動される生体内シグナル伝達の分子機構解明」, 青野重利 (2010 年 ). 野田産業科学研究所研究助成 , 「ヘムをシグナル分子とするLactococcus lactis における遺伝子発現制御」, 青野重利 (2011年 ). 科研費挑戦的萌芽研究 , 「環境汚染物質検出用の高感度蛍光プローブを装備したホーミングセルの創製」, 青野重利 (2011年 –2012 年 ).
科研費基盤研究 (B), 「ガス分子による生体機能制御に関与するセンサータンパク質の構造と機能」, 青野重利 (2011年 –2013年 ). 科研費挑戦的萌芽研究 , 「生物の環境センシング機能を基盤とした高感度な環境汚染物質検出システムの構築」, 青野重利 (2013年 –2014年 ).
C ) 研究活動の課題と展望
生物は，様々な外部環境の変化に応答・対応しながら，生体内の恒常性を維持している。我々の研究グループでは，生物 にとって最も重要な遷移金属イオンである鉄イオンの細胞内恒常性維持に興味をもち，細胞内の鉄イオンの恒常性維持機構 解明を目的とした研究に取組んでいる。なかでも，鉄イオンを含む化合物であるヘム分子がエフェクター分子として機能し， 細胞内ヘム濃度の恒常性維持に関与している転写調節因子に関する研究に重点を置き，研究を進めている。本研究は，細 胞中における遷移金属イオン濃度の恒常性維持機構の解明という，大きな研究目標への出発点ともいえる研究である。今後 は，構造生物学的，ならびに生化学・分子生物学的な実験手法を活用し，ヘムを含む遷移金属イオンの細胞内濃度恒常性 維持に関与するタンパク質群の構造機能相関解明を進めて行きたいと考えている。
