研究内容
村木 則文（助教）
研究内容
生物（単細胞生物であるバクテリアから多細胞生物であるヒトまで）は、その恒常性維持、生存のために、外部環境（物質、エネルギー、情報、ストレス）の変化に適応するシステムを有している。このような外部環境（外部シグナル）に対する代表的な応答システムとしては、外部シグナルに応答した遺伝子発現制御に基づく細胞内代謝系制御、走化性制御にみられるような外部シグナルに応答した細胞運動制御などがある。生体系においては、外部シグナルを感知し、そのシグナルを細胞内に伝えるセンサータンパク質がセンサーシステムとして利用され、一連のシグナル伝達タンパク質とともに外部シグナル応答系を構成している。センサータンパク質、およびシグナル伝達タンパク質に関する研究はこれまでにも行われてきたが、研究対象となっているのは大部分がアミノ酸のみから構成される単純タンパク質であった。ところが近年になり、単純タンパク質では応答不可能なシグナルに対する応答系の存在が報告され始め、多くの研究者の注目を集めている。代表的な例としては、酸素（O2）、一酸化窒素（NO）、一酸化炭素（CO）などの気体分子が生理的なシグナル分子（リガンド）として機能するシグナル応答系がある。
現在、我々の研究グループでは、これまでにない新規な機能を有する金属タンパク質として、O2、COといった気体分子のセンサーとして機能するセンサータンパク質を対象として研究を行っている。なかでも、ヘム（鉄ポルフィリン錯体）をセンサー本体として利用している気体分子センサータンパク質（COセンサー機能を有する転写調節因子CooA、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HemAT、酸素センサー機能を有するセカンドメッセンジャー合成酵素HemDGCなど）を主な研究対象とし、遺伝子工学、分子生物学、および物理化学的な実験手法を駆使することにより、これらセンサータンパク質による気体分子センシング機構、気体分子によるタンパク質機能制御機構、ならびに構造機能相関の解明を目的とした研究に取り組んでいる。
金属タンパク質の活性中心は、単純な単核金属イオンではなく、無機化学および錯体化学的観点からみても特異な構造を有している場合も多い。このような特異な構造をもった活性中心が生合成される機構については、ほとんど分かっていない。また、金属タンパク質生合成に必須な遷移金属イオンは、細胞中に過剰量存在した場合には毒性が発揮されるため、その細胞内濃度は厳密にコントロールされているが、その機構についても不明な点が多い。今後は、金属タンパク質活性中心の生合成機構、および細胞内の金属イオン濃度の恒常性維持機構の解明に関する研究にも取り組んでゆきたいと考えている。
Select Reference
- "Spectroscopic and redoxproperties of a CooA homologue from Carboxydothermus hydrogenoformans" J. Biol. Chem. 280, 3269?3274 (2005)
- "Regulation of aldoxime dehydratase activity by redox dependent change in the coordination structure of the aldoximehemecomplex" J. Biol. Chem. 280, 5486?5490 (2005)
- "Specific hydrogen bonding networks responsible for selective O2 sensing for the oxygen sensor protein HemAT from Bacillus subtilis" Biochemistry 45, 8301?8307 (2006)
- "Crystal structure of CO-sensing transcriptional activator CooA bound to exogenous ligand imidazole" J. Mol. Biol. 367, 864?871 (2007)
- "Metal-containing sensor proteins sensing diatomic gas molecules" Dalton Trans., 3137-3146 (2008)
