研究

(2)金属ポルフィリン型補因子の金属挿入酵素キラターゼの

触媒機構とその多様性の理解

(1)Hybrid cluster protein (HCP):の構造と機能、および、

Ni,Fe型CO dehydrogenase（CODH)との進化的関連

HCPは、Fe-S-O型クラスターをタンパク質中央の活性部位に、[4Fe-4S]クラスターをN末端部位にもつ金属酵素であり、ヒドロキシルアミン還元酵素およびNO還元酵素活性があることが知られています。HCPは、その構造分類上、Class I, II, IIIの３種類が知られていますが、1980年代後半にDesulfovibrio属由来のclass IのHCPの構造以外は、長らく不明とされてきました。これまでに我々のグループでは、class IIや IIIのHCPの構造解析や生化学的、分光学的解析を行い、HCPのtype間での共通点や相違点を明らかにし、HCPや、その類縁酵素であるCO dehydrogenase (CODH)の分子進化の道筋を示しました。

　現在は、HCPとCODHの間で人工的に分子進化を起こせるのか、さらには両者の共通祖先のような酵素や活性発現に必要な構造要素は存在するのかなど、酵素立体構造と機能の解析から、起源的な生物の利用するHCP/CODH superfamilyの分子進化について、さらに詳細な検討を進めています。

ヘムやビタミンB12などの「金属ポルフィリン錯体型」の無機補因子は、生物の様々な代謝反応に必須であり、その生合成機構は古くから興味を持たれてきました。特に、金属イオンをポルフィリンに挿入するキラターゼ酵素群は、生合成される金属ポルフィリンの種類に応じた基質選択性（金属イオンやポルフィリン選択性）があるとされています。キラターゼ酵素もまた、構造と機能の違いでclass I, II, IIIと分類されており、我々のグループは最も多くの種類が知られるclass II キラターゼの祖先型、CfbAの構造-機能相関の解明を実施しました。

　CfbAはキラターゼの中で唯一ニッケルイオンを生理的な基質として利用する特徴を有しており、他のキラターゼと比較しながら、class IIキラターゼの金属イオン選択性の違いを生み出す要因の解明を進めています。また、様々な生物のゲノム情報をもとに、新規のキラターゼの探索とその構造、機能解析を行い、生物がいかにして金属ポルフィリン錯体を補因子とするようになったかについての理解も進めています。

アミノ酸は生物にとっての必須構成要素であり、また産業においても重要な生体物質と言えます。生体内において、アミノ酸を代謝する酵素は多数ありますが、その中でもピリドキサール-5’-リン酸（PLP）を活性部位としる「PLP依存型酵素群」は、多種多様な反応（転位反応、付加脱離反応、酸化反応）を行う重要な酵素群です。

　我々のグループでは、硫黄代謝に関わるPLP依存型酵素を主に、様々なPLP酵素の単離、構造解析、機能解析を通じて、PLP酵素の多様性と分子進化について研究を進めています。また、天然のPLP酵素を部位特異的変異や指向性分子進化法を用いることで、産業上有用な非金属／半金属重元素を含むアミノ酸を合成するための酵素触媒の開発も行っています。

(3)硫黄やセレン、テルルなどの非金属／半金属重元素を含む天然または非天然型アミノ酸を基質とするPLP依存型酵素の探索と性状解析、および触媒としての利用