広報活動

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2017年8月29日

理化学研究所
兵庫県立大学

合成酵素と分解酵素の協演

-酵素タンパク質複合体の形成による効率的な連続化学反応-

推定されるNO伝達経路の図

図 推定されるNO伝達経路

一酸化窒素(NO)と聞くと、車の排気ガスなどを思い浮かべあまりいい印象はありませんね。排気ガスは高濃度になると、大気汚染、光化学スモッグ、酸性雨の原因になります。

しかし、私たちの体の中では微量のNOが作り出されています。NOには、血管の筋肉を軟らかくして血管を拡げ、血流をよくするという作用があります。一方で、タンパク質、核酸、脂質などと反応すると細胞損傷を引き起こします。そのため生体内には、NOの長所を利用し、短所を抑制するシステムがあると考えられます。しかし、その詳細は分かっていませんでした。

今回、理研を中心とした共同研究チームは、土壌細菌が行う「脱窒」という生理反応に注目しました。脱窒は、地表に取り込まれた窒素酸化物を窒素分子にまで段階的に分解し、大気に再び放出する過程のことです。脱窒では、中間生成物としてNOが生成されますが、脱窒を行う細菌は、自身が合成するNOによって細胞損傷を受けることはありません。そこで、脱窒においてNOを合成する亜硝酸還元酵素(NiR)とNOを分解する一酸化窒素還元酵素(NOR)について、X線結晶構造解析を行いました。その結果、ペリプラズム(細胞膜と細胞外膜に挟まれた領域)に存在するNiRと細胞膜上にあるNORが複合体を形成することを発見しました。さらに分子動力学計算により、NiRの合成部位で生成したNOは、NiRにあるチャネルを通って放出され、速やかに細胞膜内に入り、NORにあるチャネルを通って、NORのNO分解部位へと伝達されることが分かりました(図参照)。すなわち、合成酵素と分解酵素が協力してNOを効率的に分解し、細胞損傷を抑制していることが明らかになりました。

本成果は、生体内における効率的なNO分解の仕組みやNOシグナル伝達の理解につながるものと期待できます。

理化学研究所
放射光科学総合研究センター 城生体金属科学研究室
研修生(研究当時) 寺坂 瑛里奈 (てらさか えりな)
主任研究員(研究当時) 城 宜嗣 (しろ よしつぐ)
(兵庫県立大学大学院生命理学研究科教授)
専任研究員(研究当時) 當舎 武彦 (とうしゃ たけひこ)
(放射光科学総合研究センター 利用システム開発研究部門 ビームライン基盤研究部 生命系放射光利用システム開発ユニット 専任研究員)

主任研究員研究室 杉田理論分子科学研究室
主任研究員 杉田 有治 (すぎた ゆうじ)