城生体金属科学研究室

生体内の要所に存在する金属タンパク質・酵素は、電子移動、分子状酸素の結合・活性化等の反応により生体エネルギーの生成や生体必須物質の合成・分解に関与し、さらに生理的に重要な一酸化窒素の生成・消去、また気体分子センサーとして細胞内情報伝達にもかかわっています。当研究室では、SPring-8理研ビームラインを用いたタンパク質結晶構造解析の構造情報を基に、長年培ったタンパク質の構造生物学的・物理化学的手法ならびに分子生物学・細胞生物学的手法も駆使し、金属タンパク質・酵素のin vitro、 in vivo における機能構造解析を行っています。これにより分子レベルでの生命現象理解の基盤を築くとともに、有効なセンシング技術、生物素子等の開発を目指した基礎研究も行っています。

研究テーマ

• 金属酵素の反応機構解析と分子構造解析
• 細胞情報伝達に関与する金属タンパク質の構造機能解析
• 細胞内での金属イオン動態に関わるタンパク質の構造機能解析
• タンパク質構造解析測定法の開発と応用

主要論文

1. Sugimoto, H., Oda, S., Otsuki, T., Hino, T., Yoshida, T., and Shiro, Y.:
   "Crystal Structure of Human Indoleamine 2,3-dioxygenase: Insighhts into the Catalytic Mechanism of O2 Incorporation by a Heme-containing Dioxygenase"
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 2611-2616 (2006)
2. Kumita, H., Matsuura, K., Hino, S., Hori, H., Fukumori, Y., Morishima, I., and Shiro, Y.:
   "NO Reduction by Nitric Oxide Reductase from Denitrifying Bacterium Pseudomonas aeruginosa: Characterization of Reaction Intermediates That Appear in the Single-Turnover Cycle"
   J. Biol. Chem., 279, 55247-55254 (2004).
3. Nakamura, H., Kumita, H., Imai, K., Iizuka, T., and Shiro, Y.:
   "ADP Reduces the Oxygen Affinity of a Semsory Histidine Kinase FixL: The Possibility of an Enhanced Reciprocating Kinase Reaction"
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 2742-2746 (2004).
4. Y. Matsumoto, T. Tosha, A. V. Pisliakov, T. Hino, H. Sugimoto, S. Nagano, Y. Sugita, Y. Shiro:
   "Crystal Structure of Quinol-Dependent Nitric Oxide Reductase from Geobacillus stearithermophilus"
   Nat. Strl. Mol. Biol. 19, 238-245 (2012)
5. S. Yamada, H. Sugimoto, M. Kobayashi, A. Ohno, H. Nakamura, Y. Shiro:
   "Structure of PAS-linked Histidine Kinase and the Response Regulator Complex"
   Structure 17, 1333-1344 (2009)
6. Y. Wang, H. Chen, M. Makino, Y. Shiro, S. Nagano, S. Asamizu, H. Onaka, S. Sason:
   "Theoretical and Experimental Studies of the Conversion of Chromopyrrolic Acid to an Antitumor Derivative by Cytochrome P450 StaP: The Biological Role of Water Molecules"
   J. Am. Chem. Soc. 131, 6748-6762 (2009)
7. O. Shoji, T. Fujishiro, H. Nakajima, M. Kim, S. Nagano, Y. Shiro, Y. Watanabe:
   "Hydrogen Peroxide Dependent Monooxygenations by Tricking the Substrate Recognition of Cytochrome P450BSβ"
   Angw. Chem. Int. Ed. 46, 3656-3659 (2007)
8. M. Makino, H. Sugimoto, Y. Shiro, S. Asamizu, H. Onaka, S. Nagano:
   "Crystal Structures and Catalytic Mechanism of Cytochrome P450 StaP That Produces The Indolocarbazole Skeleton"
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 11591-11596 (2007)
9. H. Mizuno, T. K. Mal, M. Welchli, A. Kikuchi, T. Fukano, R. Ando, J. Jeyakanthan, J. Taka, Y. Shiro, M. Ikura, A. Miyawaki:
   "Light-dependent Regulation of Structural Flexibility in a Photochromic Fluorescent Protein"
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 9927-9932 (2008)
10. T. Hino, Y. Matsumoto, S. Nagano, H. Sugimoto, Y. Fukumori, T. Murata, S. Iwata, Y. Shiro:
    "Structural Basis of Biological N2O Generation by Bacterial Nitric Oxide Reductase"
    Science 330, 1666-1670 (2010)