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Structure of a highly acidic $$beta$$-lactamase from the moderate halophile ${it Chromohalobacter}$ sp.560 and the discovery of a Cs$$^{+}$$-selective binding site

中度好塩菌${it Chromohalobacter}$ sp.560由来高酸性$$beta$$-lactamaseの構造解明とCs$$^{+}$$選択性結合部位の発見

新井 栄揮; 米澤 悌*; 岡崎 伸生*; 松本 富美子*; 柴崎 千枝; 清水 瑠美; 山田 貢*; 安達 基泰; 玉田 太郎; 河本 正秀*; 徳永 廣子*; 石橋 松二郎*; Blaber, M.; 徳永 正雄*; 黒木 良太

Arai, Shigeki; Yonezawa, Yasushi*; Okazaki, Nobuo*; Matsumoto, Fumiko*; Shibazaki, Chie; Shimizu, Rumi; Yamada, Mitsugu*; Adachi, Motoyasu; Tamada, Taro; Kawamoto, Masahide*; Tokunaga, Hiroko*; Ishibashi, Matsujiro*; Blaber, M.; Tokunaga, Masao*; Kuroki, Ryota

蛋白質を利用した希少・有害金属捕集材料の研究開発の一環として、中度好塩菌Chromohalobacter sp.560由来・高酸性$$beta$$-Lactamase(HaBLA)のX線結晶構造を解明するとともに、X線異常分散測定により、HaBLA分子上のCs$$^{+}$$, Sr$$^{2+}$$結合部位の抽出を試みた。PFのNW3AにてHaBLAのX線結晶構造を解明した後、Cs吸収端($$lambda$$=2.175${AA}$)近傍のX線を利用できるSAGA-LSのBL7やPFのBL17A、及び、Sr吸収端($$lambda$$=0.770${AA}$)近傍のX線を利用できるSPring-8のBL38B1やPFのBL5Aなどを使用して、HaBLA分子に結合したCs$$^{+}$$及びSr$$^{2+}$$を同定した。その結果、HaBLA分子上に少なくとも1ヶ所のCs$$^{+}$$結合部位、3ヶ所のSr$$^{2+}$$結合部位を発見した。特に、今回発見したCs$$^{+}$$結合部位は、Na$$^{+}$$がCs$$^{+}$$の9倍量存在する条件下(Na$$^{+}$$/Cs$$^{+}$$ = 90mM/10mM)でもCs$$^{+}$$を選択的に結合できることが明らかになった。このCs$$^{+}$$選択的結合部位は、Trp側鎖のベンゼン環によるカチオン-$$pi$$相互作用、および、主鎖の2つの酸素原子によってCs$$^{+}$$を結合していた。本研究で得たCs$$^{+}$$結合部位の立体構造情報は、原発事故によって放出された放射性Cs$$^{+}$$を捕集する蛋白質材料の設計(人工的Cs$$^{+}$$結合部位の設計)の土台として利用できる。

The crystal structure of halophilic $$beta$$-lactamase from ${it Chromohalobacter}$ sp.560 (HaBLA) was determined using X-ray crystallography. Moreover, the locations of bound Sr$$^{2+}$$ and Cs$$^{+}$$ ions were identified by anomalous X-ray diffraction. The location of one Cs$$^{+}$$ specific binding site was identified on HaBLA even in the presence of 9-fold molar excess of Na$$^{+}$$ (90 mM Na$$^{+}$$ /10 mM Cs$$^{+}$$). This Cs$$^{+}$$ binding site is formed by two main-chain O atoms and an aromatic ring of a side chain of Trp. An aromatic ring of Trp interacts with Cs$$^{+}$$ by the cation-$$pi$$ interaction. The observation of a selective and high-affinity Cs$$^{+}$$ binding site provides important information that is useful for designing artificial Cs$$^{+}$$ binding sites useful in bioremediation of radioactive isotopes.

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パーセンタイル:40.84

分野:Biochemical Research Methods

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