[1P-01*] The structural basis for two [2Fe-2S]-to-[4Fe-4S] cluster conversion on the iron-sulfur cluster biosynthetic scaffold IscU
鉄硫黄（Fe-S）クラスターは、一般に[2Fe-2S]や[4Fe-4S]の形で、Fe-Sタンパク質の補因子として多彩な機能を発揮している。Fe-Sクラスター生合成系ISCマシナリーでは、足場タンパク質IscUでFe-Sクラスターが組み立てられている。過去の分光学的研究ではIscU二量体に結合した２つの[2Fe-2S]クラスターが還元的にカップリングすることで１つの[4Fe-4S]クラスターを生じることが示されている。しかしながら、[2Fe-2S]から[4Fe-4S]へのクラスター変換の詳細なメカニズムはこれまで全く未解明であった。
本研究では、X線結晶構造解析によって好熱性古細菌Methanothrix thermoacetophila（Mt）由来IscUの[2Fe-2S]集積型二量体構造を世界で初めて決定した。これによって、Mt IscU二量体は、IscU１分子あたり１つの[2Fe-2S]クラスターを持ち、それら２つの[2Fe-2S]クラスターを非常に近い距離で二量体会合面に集積した、特殊な構造をとることが明らかになった。また、Mt IscU二量体のEPR測定を行ったところ、還元剤の添加によって[4Fe-4S]クラスターが形成されることが確かめられた。さらに、活性部位にH106A変異を加えた変異型Mt IscUでは、野生型と同様の[2Fe-2S]クラスター集積型二量体構造をとるものの[4Fe-4S]クラスター形成反応が進まないことが判明し、H106が[4Fe-4S]クラスター形成において重要な役割を持つことが示唆された。本研究では、IscUにおける[4Fe-4S]クラスターの生合成に関する構造基盤を、初めて明らかにすることができた。
本研究では、X線結晶構造解析によって好熱性古細菌Methanothrix thermoacetophila（Mt）由来IscUの[2Fe-2S]集積型二量体構造を世界で初めて決定した。これによって、Mt IscU二量体は、IscU１分子あたり１つの[2Fe-2S]クラスターを持ち、それら２つの[2Fe-2S]クラスターを非常に近い距離で二量体会合面に集積した、特殊な構造をとることが明らかになった。また、Mt IscU二量体のEPR測定を行ったところ、還元剤の添加によって[4Fe-4S]クラスターが形成されることが確かめられた。さらに、活性部位にH106A変異を加えた変異型Mt IscUでは、野生型と同様の[2Fe-2S]クラスター集積型二量体構造をとるものの[4Fe-4S]クラスター形成反応が進まないことが判明し、H106が[4Fe-4S]クラスター形成において重要な役割を持つことが示唆された。本研究では、IscUにおける[4Fe-4S]クラスターの生合成に関する構造基盤を、初めて明らかにすることができた。