【公開日：2025.07.16】【最終更新日：2025.07.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22MS1004

利用課題名 / Title

EPRによる2つの[2Fe-2S]クラスターから[3Fe-4S]クラスターへの構造変換反応の捕捉

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）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials

キーワード / Keywords

鉄硫黄クラスター, 生合成

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)

藤城 貴史

所属名 / Affiliation

埼玉大学理工学研究科生命科学部門分子生物学領域

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

藤原 基靖,伊木 志成子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-216：電子スピン共鳴（E500）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　鉄硫黄クラスターは、鉄イオンと硫化物イオンから構成される金属補因子であり、構造や元素組成の違いにより、主に[2Fe-2S]、[3Fe-4S]、[4Fe-4S]型が多く用いられる。これらの鉄硫黄クラスターは、どれも、細胞内で生合成系マシナリーによって生合成されており、最も研究されてきたISCマシナリーにおいては、IscSとIscUが必須成分として働く。[2Fe-2S]型の生合成は、IscS-IscU複合体、[4Fe-4S]型の生合成はIscU二量体がそれぞれ機能して合成されることが、多くの研究で示される一方で、[3Fe-4S]型の生合成は全く不明である。1つの仮説として、IscU二量体は[2Fe-2S]を2つ保持して1つの[4Fe-4S]を合成することから、もしこの過程で何かしら別の成分がIscU二量体に関与しFeイオンが1つ抜ければ、[3Fe-4S]型が合成できるのではと考えた。そこで、本研究では、様々な添加剤をIscU二量体に加えた場合に、[3Fe-4S]型が生成するかどうかについて、EPRスペクトル測定による[3Fe-4S]型特有のシグナルの観測を用いた分析により調べた。

実験 / Experimental

　精製したIscU二量体に対し、ISCマシナリーのIscS以外の構成成分(例：IscA）、酸化剤（例：H₂O₂)、キレート剤（例：EDTA）などを添加し反応させた。またIscUの金属結合部位周辺のアミノ酸をアラニンに置換したIscU変異型を調製した。鉄硫黄クラスター由来の茶色が維持された系において、4mm石英EPRチューブに封入し、12K または20Kの極低温で、3000 G–4000 GでのX-band EPRスペクトルを測定した。測定にはCryoStat E910を装着したBruker E500を用いた。

結果と考察 / Results and Discussion

　添加剤を加えた系では、どの場合にも茶色が退職し、鉄硫黄クラスターが安定に保持できないことがわかり、EPRスペクトル測定は実施できなかった。一方、活性部位のいくつかの残基をアラニン単置換したIscU変異型の場合では、1つのアラニン置換変異型IscUが鉄硫黄クラスター由来の茶色を呈し、そのEPRスペクトルは弱いながらも酸化型[3Fe-4S]クラスター由来と思われるEPRスペクトルを示した。よって、この変異導入箇所およびその周辺が[3Fe-4S]の形成に何かしら重要な役割を示すことが示唆されたが、実際に構造上どのような仕組みでこの[3Fe-4S]の形成が起きたかは、他の測定も組み合わせて考察する必要があると考えられる。

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.

1. K. Kunichika, R. Nakamura, T. Fujishiro, Y. Takahashi, "Structural basis for biosynthesis of a [4Fe-4S] cluster from two [2Fe-2S] clusters on the IscU enzyme in ISC machinery" AsBIC10, Nov. 28th - Dec. 3rd. 2022, Kobe, Japan (poster, presented on 2022/11/29)
2. 槇千智、室賀 直来・寺畑 拓也・島田 侑希乃・國近 航平・中村 亮裕・ 藤城　貴史・高橋 康弘「鉄硫黄クラスター生合成に関わるSUF、SUF-like、ISC系の硫黄供給システムの酸化ストレス耐性の比較」, 第９５回日本生化学会大会　2022年　11/9-11/11, 11/9ポスター発表、名古屋国際会議場
3. Kouhei Kunichika, Ryosuke Nakamura, Takashi Fujishiro, Yasuhiro Takahashi " Structural insights into biosynthesis of a [4Fe-4S] cluster via coupling of two adjacent [2Fe−2S] clusters in the IscU enzyme"2022/9/26-2022/9/28 錯体化学会第７２回討論会、博多、2022/9/26ポスター発表

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