銅代謝酵素に隠された活性調節機構を解明―酵素電極反応を駆使した反応機構解析―

　足立大宜 農学研究科特定研究員、宋和慶盛 同助教、加納健司 名誉教授、竹井利忠 金沢大学博士前期課程学生、西山琢巳 同博士前期課程学生（研究当時）、山下哲 同准教授、片岡邦重 同教授らの共同研究グループは、大腸菌由来の銅排出酸化酵素（CueO）における直接電子移動型酵素電極反応（DET型反応）を解析し、銅イオンの結合が引き起こす活性調節機構を解明しました。

　CueOは、細胞内の銅恒常性を維持するため、毒性の高い1価銅イオン（Cu⁺）を2価銅イオン（Cu²⁺）へと酸化する重要な役割を担っています。また本酵素は、電極から電子を受け取り、酸素を水へと還元できるというユニークな特徴を有しており、DET型反応が可能な酵素（DET型酵素）としても注目されています。本グループは先行研究で、CueOのDET型反応がCu²⁺存在下で還元的不活性化を受けることを発見していましたが、その分子機構は明らかではありませんでした。本研究では、CueOの構造情報に基づき、第8の銅（Cu8）結合部位が不活性化の鍵を握ると仮説を立てました。そこで、Cu8結合への関与が推定されるアミノ酸残基を置換することで、銅結合能を喪失させた変異体を作製し、その特性を電気化学的に評価しました。すると、ヒスチジン残基を置換した変異体において、不活性化の大幅な抑制が確認されました。また速度論解析の結果、変異によってCu8の結合能と標準酸化還元電位の両方が変化することが明らかになりました。さらに、Cu8による不活性化は溶液中の酵素反応でも観測され、生体内でもCu²⁺/Cu⁺比を調節する仕組みとして機能している可能性が示唆されました。本研究成果は、銅代謝制御機構への理解を深めるとともに、DET型酵素の高機能化に向けた分子設計指針を提供するものであり、生化学および電気化学分野への波及効果が期待されます。

　本研究成果は、2025年12月11日に、国際学術誌「Inorganic Chemistry」にオンライン掲載されました。

画像