【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.12】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24MS0030
利用課題名 / Title
祖先型ヘモグロビンの四次構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
分子進化, 祖先型再構,X線回折/ X-ray diffraction
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
石川 春人
所属名 / Affiliation
大阪大学大学院理学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
入谷悠
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
秋山修志
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ヘモグロビン（Hb）は進化の過程において、酸素親和性の低いT状態から高いR状態への構造変化を利用した協同的酸素結合を手に入れたと考えられている。これまで、現存する生物種Hbのアミノ酸配列を比較することで重要なアミノ酸残基の同定が行われてきた。しかし、現存する様々な生物種Hbのアミノ酸配列の違いは機能に関わる変異だけでなく、ランダムな変異も含んでおり、より直接的に機能に関わるアミノ酸変異を同定することが求められている。そこで、近年Hb研究における新たなアプローチとして祖先型再構成法が着目されている。祖先型再構成法は、現存する様々な生物種タンパク質のアミノ酸配列から、過去の生物が持っていたタンパク質のアミノ酸配列を推定する手法である。哺乳類のHbについてはα鎖の共通祖先Ancαとβ鎖の共通祖先Ancβの配列が報告されており、現存する哺乳類Hb同様に2つのAncαと2つのAncβが会合した四量体（Ancα+ Ancβ）を形成するが、酸素結合における協同性は低いことが明らかとなっている。我々は、Ancα+ Ancβに対する共鳴ラマン測定から、Ancα+ Ancβは酸素親和性の低いT状態を持つことはできるが、酸素親和性の高いR状態への四次構造変化が不完全であることを示唆する結果を得た。しかしAncα+ Ancβの立体構造は不明であり、四次構造変化についても明らかになっていない。本研究計画では、分子科学研究所秋山Gとの共同研究として、分子科学研究所所有のＸ線溶液散乱測定装置を利用し、祖先型Hb（Ancα+ Ancβ）の構造を検討した。
実験 / Experimental
祖先型再構成法により推測されたアミノ酸配列を持つ祖先型Hb（Ancα+ Ancβ）を大腸菌により再構成タンパク質として調製した。この祖先型Hb（Ancα+ Ancβ）について、分子科学研究所秋山G所有のＸ線溶液散乱測定装置によって、会合状態および溶液中での分子形状について検討を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Ｘ線溶液散乱測定から推定された祖先型Hb（Ancα+ Ancβ）の分子量はヒトHbと類似しており、哺乳類のHb同様に四量体を形成していることが明らかとなった。一方で、得られた散乱曲線の形状はヒトHbとは異なっていた。精密な分子形状のモデル解析には更なる測定が必要ではあるが、祖先型Hb（Ancα+ Ancβ）はヒトHbとは、わずかに異なる分子形状を持つことが示唆された。四量体構造の違いがサブユニット界面における相互作用の変化を生じさせている可能性があり、祖先型Hb（Ancα+ Ancβ）の低い酸素結合の協同性の原因の一つと推測される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 入谷 悠, 石川 春人, 水谷 泰久, “祖先型ヘモグロビンのアロステリックダイナミクスの観測” 第18回分子科学討論会, 令和6年9月11日～14日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件