B01：「生命金属動態の解明に向けた光照射EPR技術による新しい酵素反応機構解析法の開発」
堀谷 正樹（佐賀大学 農学部）
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電子常磁性共鳴（EPR）法は不対電子を測定対象とする磁気共鳴法のひとつであり、これまで金属タンパク質の電子構造-機能の研究に威力を発揮してきました。その中でも反応中間体を捕捉する手法である高速混合凍結法（RFQ）とEPR法を組み合わせることで、これまでに多様な金属酵素の反応機構が解明されています。ところがRFQ法では技術的に捕捉できる反応中間体に限界があります。そこで、RFQ法に代わる新しい反応中間体捕捉法として光解離性ケージド基質を利用した新規反応中間体捕捉法を開発し、EPR法によって金属酵素の反応機構、作動原理の解明を目指します。光解離性ケージド基質は光照射により基質分子が解離する化合物であり、酵素と混合し極低温凍結下で光照射することで反応開始直前の“始状態”を安定に作ることができます。ここで酵素が“動ける”温度へ昇温すると酵素反応が進行し、始状態から終状態まで段階的に反応中間体が捉えられます。この手法はさまざまな金属酵素や金属イオントランポーターへも応用可能であることから、本手法により領域全体の発展にも貢献していきます。
【関連する代表的論文】
H. Takeda, T. Kimura, T. Nomura, M. Horitani, A. Yokota, A. Matsubayashi, S. Ishii, Y. Shiro, M. Kubo, and T. Tosha
“Timing of NO Binding and Protonation in the Catalytic Reaction of Bacterial Nitric Oxide Reductase as Established by Time-Resolved Spectroscopy”
Bulletin of the Chemical Society of Japan 2020, 93(7), 825–833
DOI: 10.1246/bcsj.20200038
M. Horitani, K. Kusubayashi, K. Oshima, A. Yato, H. Sugimoto, and K. Watanabe
“X-ray Crystallography and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy Reveal Active Site Rearrangement of Cold-Adapted Inorganic Pyrophosphatase”
Scientific Reports 2020, 10(1), 4368
DOI: 10.1038/s41598-020-61217-6
M. Horitani, A. R. Offenbacher, C. A. M. Carr, T. Yu, V. Hoeke, G. E. Cutsail III, S. Hammes-Schiffer, J. P. Klinman, and B. M. Hoffman
“13C ENDOR Spectroscopy of Lipoxygenase-Substrate Complexes Reveals the Structural Basis for C-H Activation by Tunneling”
Journal of the American Chemical Society 2017, 139(5), 1984–1997
DOI: 10.1021/jacs.6b11856
M. Horitani, K. Shisler, W. E. Broderick, R. U. Hutcheson, K. S. Duschene, A. R. Marts, B. M. Hoffman, and J. B. Broderick
“Radical SAM catalysis via an organometallic intermediate with an Fe−[5′-C]-deoxyadenosyl bond”
Science 2016, 352(6287), 822–825
DOI: 10.1126/science.aaf5327