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助成番号 160284
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

アコニターゼスーパーファミリーの新しい分子進化機構の解明

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Elucidation of novel molecular evolution mechanism of aconitase superfamily

研究氏代
表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ワタナベ名）セイヤ

研究期間 Ｂ

２０１６～ ２０１８年

漢字 ＣＢ

渡辺誠也

報告年度 ＹR

２０１８年

Seiya

研究機関名

愛媛大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Watanabe

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

愛媛大学大学院農学研究科・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
アコニターゼ X（AcnX）は、比較ゲノム解析により細菌や古細菌に広く分布するアコニターゼ-like 遺伝子だが、既知のアコニターゼ酵素の触媒反応は見られない。これに対し研究代表者は、一次構造の相同性よりもむしろゲノム上での遺伝子の位置関係に注目した結果、これまで生理学的に全く注目されていなかったシス-3-ヒドロキシ-L-プロリン（C3LHyp）のみを基質とする新規脱水酵素として機能することを見出した。これに基づいて本研究助成では、活性部位のユニークな鉄結合様式や生理学的意義の解明を行った。前者に関しては、電子スピン共鳴（ESR）と部位特異的変異体の解析から、[4Fe-4S]鉄硫黄クラスター含有アコニターゼ酵素と対照的な単核 Fe(III)の存在と、その結合部位の候補として 2 個のシステインと 1 個のグルタミン酸残基を同定した。さらに詳細な情報を得るために、構造生物学的アプローチに着手した。結晶化条件の探索を行い、SPring-8 のビームライン BL38XU で高分解能 X 線回折データ収集に成功した。現在リファイメントを進行中だが、AcnX の活性中心には明瞭な電子密度が確認できた。これは Fe(III)よりはるかに大きいが[4Fe-4S]鉄硫黄クラスターのような立方体でもなく、最もよく当てはまったのは[2Fe-2S]鉄硫黄クラスターだった。これはこれまでの ESR の結果と異なるだけでなく、アコニターゼファミリーとしても全く予想し得ないことだった。さらに、一次構造も基質構造も全く類似点がないのに、AcnX の立体構造はアコニターゼ酵素と驚くほど似ていた。
今後はさらに解析を進め、詳細な触媒メカニズムと分子進化の知見を明らかにしていく予定である。

キーワード ＦＡ

アコニターゼ X

ヒドロキシプロリン

鉄硫黄クラスター（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -分子進化発表文献（下線は代表研究者、*は責任著者）
論文標題ＧＢ

Characterization of a novel cis-3-hydroxy-L-proline dehydratase and a trans-3-hydroxy-L-proline
dehydratase from bacteria.

著者名 ＧＡ

Watanabe, S.*,
Miyazaki,M.,
Watanabe, Y.

雑誌

ページ ＧＦ

Fukumori,
Tagami,F.,S.,e00255-17

雑誌名 ＧＣ

Journal of Bacteriology

発行年 ＧＥ

2017巻号 ＧＤ

199

論文標題ＧＢ

Characterization of cis-4-hydroxy-D-proline dehydrogenase from Sinorhizobium meliloti.

著者名 ＧＡ

Watanabe, S.*,
Watanabe, Y.

雑誌

ページ ＧＦ

Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

発行年 ＧＥ2018巻号 ＧＤ

著者名 ＧＡ

Watanabe, S.*, Fukumori, F.,
Nishiwaki, H., Sakurai, Y., Tajima,K., Watanabe, Y.

雑誌名 ＧＣ

Scientific Reports

ページ ＧＦ155

発行年 ＧＥ

2019巻号 ＧＤ

82(1)

9

論文標題ＧＢ

Substrate and metabolic promiscuities of D-altronate dehydratase family proteins involved in
non-phosphorylative D-arabinose, sugar acid, L-galactose, and L-fucose pathways from bacteria.

著者名 ＧＡ

Watanabe, S.*,
Watanabe, Y.

Fukumori,

F.,

雑誌名 ＧＣ

Molecular Microbiology

発行年 ＧＥ

2ページ ＧＦ

In press

著者名 ＨＡ

Watanabe, S.*

書名 ＨＣ

Handbook of Microbial Metabolism of Amino Acids
Chapter 10 “Hydroxyproline Metabolism in Microorganisms”

出版者 ＨＢCAB International

図書

110～113

雑誌名 ＧＣ

Novel non-phosphorylative pathway of pentose metabolism from bacteria.

雑誌

D.,

論文標題ＧＢ
雑誌

Morimoto,

発行年 ＨＤ20011

9

巻号 ＧＤ

7総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ497

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

欧文概要 ＥＺAconitase X (AcnX) was initially discovered by a comparative analysis of archaeal genomes, but show no homologous
reaction to known aconitase enzymes. Alternatively, I previously found that AcnX protein catalyzes the dehydrationof cis-3-hydroxy-L-proline (C3LHyp) by focusing on the gene context in the bacterial genome, rather than the aminoacid sequence similarity. Therefore, in this study, I attempted to estimate the binding mechanism of iron, andphysiological role(s). As results, ESR and site-directed mutagenic study revealed that an unique Fe(III) is coordinatedwith two cysteine and one glutamate residues in the active center. To obtain more detailed information about thecatalytic mechanism, I was successful to crystalize the AcnX, and obtain high-resolution X-ray diffraction data byusing SPring-8 Beamline BL38XU. I am in progress to refine the preliminary structure, and further estimate theenzyme functions in the detail.

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