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NADH-シトクロム${it b$_{5}$}$還元酵素の中性子構造解析

Neutron structural analysis of NADH-cytochrome ${it b$_{5}$}$ reductase

平野 優; 山田 貢*; 栗原 和男; 正山 祥生*; 黒木 良太; 日下 勝弘*; 木村 成伸*; 竹田 一旗*; 三木 邦夫*; 玉田 太郎

Hirano, Yu; Yamada, Mitsugu*; Kurihara, Kazuo; Shoyama, Yoshinari*; Kuroki, Ryota; Kusaka, Katsuhiro*; Kimura, Shigenobu*; Takeda, Kazuki*; Miki, Kunio*; Tamada, Taro

NADH-シトクロム${it b$_{5}$}$還元酵素(b5R)はフラボタンパク質の1つで、その酸化還元反応に伴いチトクロム${it b$_{5}$}$等の電子受容体に電子を伝達するが、この反応は小胞体における薬物代謝や脂質合成に深く関与することが知られている。これまでに実施した酸化型および還元型b5RのX線結晶解析の結果から、b5Rの酸化還元サイクルの理解が深まったが、電子授受にかかわる補因子(FAD)や周辺のアミノ酸側鎖の水素原子を含む詳細な構造を決定するには至っていない。そこで、水素原子を含めた詳細な構造情報に基づくb5Rの酸化還元サイクル解明を目指して、b5Rの中性子構造解析を実施した。約2mm$$^{3}$$の大型結晶を段階的に抗凍結溶液に浸漬することにより低温下での中性子回折実験を実現し、J-PARC/MLFのBL03(iBIX)において1.4${AA}$分解能の回折データの収集に成功した。引き続き、中性子とX線の両回折データを相補的に用いた構造精密化を行うため、同一結晶を用いてPF BL5AにおいてX線回折実験を行い、0.85${AA}$分解能の回折データを取得した。本発表では、得られた構造の詳細について紹介する。

NADH-cytochrome ${it b$_{5}$}$ reductase (b5R), a flavoprotein consisting of NADH- and FAD- domains, catalyzes electron transfer from the two-electron carrier NADH to the one-electron carrier cytochrome ${it b$_{5}$}$. The reaction catalyzed by ${it b$_{5}$}$ plays a role in fatty acid synthesis, cholesterol synthesis, and xenobiotic oxidation as a member of the electron transport chain on the endoplasmic reticulum. We have already determined the crystal structures of both the fully reduced and oxidized forms of porcine liver b5R by X-ray crystallography, but, its detail mechanism, especially hydride/proton transfers and exact states of semiquinone, still remains unknown. The hydrogen information obtained by neutron crystallography will be essential for the real understanding of catalytic cycle of the ${it b$_{5}$}$. A large crystal with the size of almost 2 mm$$^{3}$$ was transferred to cryo-protectant solution by stepwise soaking method, and then were flash-frozen in a cold nitrogen gas stream. Using this crystal, we collected neutron data to 1.4${AA}$ resolution at BL03 (iBIX), MLF, J-PARC, and then collected to 0.85${AA}$ resolution at BL5A, PF, KEK. Crystallographic refinement using both neutron and X-ray data is in progress.

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