ブタ肝臓由来シトクロムb5可溶性ドメインの高分解能結晶構造

High-resolution crystal structures of the solubilized domain of porcine cytochrome b5

平野 優; 木村 成伸*; 玉田 太郎

Hirano, Yu; Kimura, Shigenobu*; Tamada, Taro

哺乳類のミクロソームに存在するシトクロムb5は、様々な電子伝達パートナーとの間で電子伝達反応を行うことが知られている。本研究では、ブタ肝臓由来シトクロムb5のN末端側94残基のヘム結合領域について、2つの結晶化条件で酸化還元状態の計4種の結晶を作成し、X線結晶構造解析を実施した。回折実験はPF BL5AとBL17Aにおいて行い、4種の結晶全てについて1オングストローム分解能を超えるデータセットを取得した。高分解能構造解析の結果、いくつかのアミノ酸残基で水素原子の電子密度を観測することができた。原子間結合距離、角度の制約をはずした立体構造精密化を行った結果、ヘムのプロピオン酸基におけるプロトン化状態が、ヘムの酸化還元状態の調節に関わっている可能性が示唆された。また、ヘム鉄配位子の構造については、酸化還元状態間で有意な差を観測することはできなかったため、ヘム鉄配位子の構造変化は大きく制限されていることが明らかとなった。一方、ヘム鉄の軸配位子His68の周辺においては、水素結合ネットワークの構造変化が観測された。そのため、His68周辺の水素結合ネットワークの構造変化がヘムの酸化還元状態調節に関わっていると予想された。

Mammalian microsomal cytochrome b5 has multiple electron-transfer partners that function in various electron-transfer reactions. X-ray diffraction data of the solubilized haem-binding domain of cytochrome b5 from porcine liver were collected at PF BL5A and BL17A beamlines. We obtained four data sets at sub-angstrom resolution in two crystal forms for both the oxidized and reduced states. The high-resolution structures clearly displayed the electron density of H atoms in some amino-acid residues. Unrestrained refinement of bond lengths revealed that the protonation states of the haem propionate group may be involved in regulation of the haem redox properties. Although the haem Fe coordination geometry did not show significant differences between the oxidized and reduced structures, structural differences were observed in the hydrogen-bond network around the axial ligand His68. The hydrogen-bond network could be involved in regulating the redox states of the haem group.