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研究室紹介

構造生物学研究室

専門分野

構造生物学、X線結晶学、生化学

教員名・職位

中嶋 義隆教授

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中嶋 義隆 教授

研究内容

グルコース脱水素酵素

タンパク質は,我々ヒトも含む多様な生物を形作る重要な構成成分のひとつです.様々なタンパク質が知られていますが,生命活動においてこれらは,それぞれにひとつ(あるいは複数)の重要な役割を担っています. 一方,どのタンパク質分子も基本的には,直鎖状に連結したアミノ酸の重合体が折畳まれるという共通の構造を持っています.しかしながら,構成するアミノ酸の種類や順序,折り畳み方が異なることで,タンパク質分子はそれぞれ固有の「形(構造)」を採ります. この「形(構造)」こそが,タンパク質の持つ機能に重要な関わりを持っています.
当研究室では,目で視えない小さいタンパク質の分子構造をX線結晶構造解析で視ることによって,タンパク質の機能がどのようなメカニズムで発揮されるのかを研究しています. このような研究は,薬や臨床診断酵素の開発へとつながります. 最近,ビタミンB2誘導体であるFADを補酵素に持つグルコース脱水素酵素の構造を明らかにしました.本酵素は,糖尿病などの臨床検査やバイオセンサへの応用が期待されています.

業績
学術論文
  1. Mohamed Mustafa, MS, Nakajima, Y., Oyama, H., Iwata, N., and Ito, K. (2012) Assessment of substrate inhibition of bacterial oligopeptidase B. Biol. Pharm. Bull.35(11), 2010-2016
  2. Yamazawa, R., Nakajima, Y., Mushiake, K., Yoshimoto, T., and Ito, K. (2011) Crystal structure of serine dehydrogenase from Escherichia coli: Important role of the C-terminal region for closed-complex formation. J. Biochem. 149, 701-712
  3. Yamashita, K., Nakajima, Y. , Matsushita, H., Nishiya, Y., Yamazawa, R., Wu, Y.-F., Matsubara, F., Oyama, H., Ito, K., and Yoshimoto, T. (2010) Substitution of Glu122 by glutamine revealed the function of the second water molecule as a proton donor in the binuclear metal enzyme creatininase. J. Mol. Biol. 396(4), 1081-10960
  4. Fournié-Zaluski, M.-C., Poras, H., Roques, B.P., Nakajima, Y., Ito, K., and Yoshimoto, T. (2009) Structure of aminopeptidase N from Escherichia coli complexed with the transition-state analogue aminophosphinic inhibitor PL250. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr 65(8), 814-822.
  5. Nakashima, K., Ito, K., Nakajima, Y., Yamazawa, R., Miyakawa, S., and Yoshimoto, T. (2009) Closed complex of the D-3-hydroxybutyrate dehydrogenase induced by an enantiomeric competitive inhibitor. J. Biochem. 145(4), 467-479
  6. Nakajima, Y., Ito, K., Toshima, T., Egawa, T., Zheng, H., Oyama, H., Wu, Y.-F., Takahashi, E., Kyono, K., and Yoshimoto, T. (2008) Dipeptidyl aminopeptidase IV from Stenotrophomonas maltophilia exhibits activity against a substrate containing a 4-hydroxyproline residue. J. Bactericol. 190(23), 7819-7829
  7. Hashimoto, M., Takamiya, S., Yokota, T., Nakajima, Y., Yamakura, F., Sugio, S., and Aoki, T. (2008) Ascaris suum cytochrome b5, an adult-specific secretory protein reducing oxygen-avid ferric hemoglobin. Arch. Biochem. Biophys. 471(1), 42-49
  8. Xu, Y. , Nakajima, Y., Ito, K., Zheng, H., Oyama, H., Heiser, U., Hoffmann, T., Gärtner, U.-T. Demuth, H.-U., and Yoshimoto, T. (2008) Novel Inhibitor for Prolyl Tripeptidyl Aminopeptidase from Porphyromonas gingivalis and Details of Substrate-recognition Mechanism. J. Mol. Biol. 375(3), 708-719
  9. Kondo, S., Nakajima, Y., Sugio, S., Sueda, S., Islam, M.N., and Kondo, H. (2007) Structure of the biotin carboxylase domain of pyruvate carboxylase from Bacillus thermodenitrificans Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 63(8), 885-890.
  10. Morikawa, T., Muroya, A., Nakajima, Y., Tanaka, T., Hirai, K., Sugio, S., Wakamatsu, K., and Kohno, T. (2007) Crystallization and Preliminary X-ray Crystallographic Analysis of the Receptor-uncoupled Mutant of Gαi1. Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Cryst. Commun. 63(2), 139-141
  11. Ito, K., Nakajima, Y., Onohara, Y., Takeo, M., Nakashima, K., Matsubara, F., Ito, T., and Yoshimoto, T. (2006) Crystal Structure of Aminopeptidase N (proteobacteria alanyl aminopeptidase) from Escherichia coli and Conformational Change of Methionine 260 Involved in Substrate Recognition. J. Biol. Chem. 281(44), 33664-33676
  12. Ito, K., Nakajima, Y., Xu, Y., Yamada, N., Onohara, Y., Ito, T., Matsubara, F., Kabashima, T., Nakayama, K., and Yoshimoto, T. (2006) Crystal Structure and Mechanism of Tripeptidyl Activity of Prolyl Tripeptidyl Aminopeptidase from Porphyromonas gingivalis. J. Mol. Biol. 362(2), 228-240
  13. Onohara, Y., Nakajima, Y., Ito, K., Xu, Y., Nakashima, K., Ito, T., and Yoshimoto, T. (2006) Crystallization and preliminary X-ray characterization of aminopeptidase N from Escherichia coli. Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Cryst. Commun. 62(7), 699-70
  14. Tokuoka, K., Nakajima, Y., Hirotsu, K., Miyahara, I., Nishina, Y., Shiga, K., Tamaoki, H., Setoyama, C., Tojo, H., and Miura, R. (2006) Three-Dimensional Structure of Rat-Liver Acyl-CoA Oxidase in Complex with Fatty Acid: Insights into Substrate-Recognition and Reactivity toward Molecular Oxygen. J. Biochem. 139(4), 789-795
  15. Yokota, T., Nakajima, Y., Yamakura, F., Sugio, S. Hashimoto, M., and Takamiya, S. (2006) Unique structure of Ascaris suum b5-type cytochrome: an additional alpha-helix and positively charged residues on the surface domain interact with redox partner. Biochem. J. 394(2), 437-447
  16. Nakajima, Y., Ito, K., Sakata, M., Xu, Y., Nakashima, K., Matsubara, F., Hatakeyama, S., and Yoshimoto, T. (2006) Unusual Extra Space at the Active Site and High Activity for Acetylated Hydroxyproline of Prolyl Aminopeptidase from Serratia marcescens. J. Bacteriol. 188(4), 1599-1606
  17. Ito, K., Nakajima, Y., Ichihara, E., Ogawa, K., Katayama, N., Nakashima, K., and Yoshimoto, T. (2006) D-3-hydroxybutyrate dehydrogenase from Psudomonas fragi: molecular cloning of enzyme gene and crystal structure of the enzyme. J. Mol. Biol. 355(4), 722-733
  18. Nakajima, Y., Ito, K., Xu, Y., Yamada, N., Onohara, Y., Ito, T., and Yoshimoto, T. (2005) Crystallization and preliminary X-ray characterization of prolyl tripeptidyl aminopeptidase from Porphyromonas gingivalis. Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Cryst. Commun. 61(12), 1046-1048
  19. Nakajima, Y., Ito, K., Ichihara, E., Egawa, T., Xu, Y., and Yoshimoto, T. (2005) Crystallization and Preliminary X-ray characterization of D-3-hydroxybutyrate dehydrogenase from Pseudomonas fragi. Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Cryst. Commun.61(1), 36-38
  20. Yoshimoto, T., Tanaka, N., Kanada, N., Inoue, T., Nakajima, Y., Haratake, M., Nakamura, K.T., Xu, Y., and Ito, K. (2004) Crystal Structure of Creatininase Reveal the Substrate Binding Site and Provide an Insight into the Catalytic Mechanism. J. Mol. Biol. 337(2), 399-416
  21. Kondo, S., Nakajima, Y., Sugio, S., Yong-Biao, J., Sueda, S., and Kondo, H., (2004) Structure of the biotin carboxylase subunit of pyruvate carboxylase from Aquifex aelicus at 2.2 Å resolution. Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr. 60(3), 486-492
  22. Satoh, A., Nakajima, Y., Miyahara, I., Hirotsu, K., Tanaka, T., Nishina, Y., Shiga, K., Tamaoki, H., Setoyama, C., and Miura, R. (2003) Structure of the transition state analog of medium-chain acyl-CoA dehydrogenase. Crystallographic and molecular orbital studies on dehydrogenase with 3-thiaoctanoyl-CoA. , J. Biochem. 134(2), 297-304
  23. Hayashi, H., Mizuguchi, H., Miyahara, I., Islam, M.M., Ikushiro, H., Nakajima, Y., Hirotsu, K., and Kagamiyama, H. (2003). Strain and catalysis in aspartate aminotransferase. Biochim. Biophys. Acta 1647(1-2), 103-9
  24. Hayashi, H., Mizuguchi, H., Miyahara, I., Nakajima, Y., Hirotsu, K., and Kagamiyama, H. (2003) Conformational change in aspartate aminotransferase on substrate binding induces strain in the catalytic group and enhances catalysis. J. Biol. Chem. 278(11); 9481-9488
  25. Goto, M., Nakajima, Y., and Hirotsu, K. (2002) Crystal structure of argininosuccinate synthetase from Thermus thermophilus HB8. Structural basis for the catalytic action. J. Biol. Chem. 277(18), 15890-15896
  26. Nakajima, Y., Miyahara, I., Hirotsu, K., Nishina, Y., Shiga, K., Setoyama, C., Tamaoki, H., and Retsu Miura (2002) Three-dimensional Structure of the Flavoenzyme Acyl-CoA Oxidase-II from Rat Liver, the Peroxisomal Counterpart of Mitochondrial Acyl-CoA Dehydrogenase. J. Biochem. 131(3); 365-374
  27. Nakajima, Y., Miyahara, I., Hirotsu, K., Nishina, Y., Shiga, K., Setoyama, C., Tamaoki, H., and Miura, R. (2001) Crystallization and preliminary X-ray chsracterization of rat liver acyl-CoA oxidase Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr. 57(11), 1680-1681
  28. Tamura, R., Takahashi, H., Hirotsu, K., Nakajima, Y., and Ushio, T. (2001) Preferential Enrichment and Crystal Structure. Mol. Cryst. and Liq. Cryst, 356, 185-194
  29. Takahashi, H., Tamura, R., Ushio, T., Nakajima, Y., and Hirotsu, K. (1998) Ideal enantiomeric resolution (preferential enrichment) by recrystallization of a racemic compound. V: Relationship between preferential enrichment and crystal structures. Chirality 10 (7), 705-710
  30. Takahashi, H., Tamura, R., Ushio, T., Nakajima, Y., Hirotsu, K., and Toda, F. (1998) Ideal enantiomeric resolution (preferential enrichment) by recrystallization of a racemic compound (part 6): Hydrogen bonding mode in the crystal structure. Enantiomer 3(2), 149-157
  31. Tamura, R., Takahashi, H., Hirotsu, K., Nakajima, Y., Ushio, T., and Toda, F. (1998) Unusual disordered crystal structure of a racemate exhibiting a novel enantiomeric resolution: Preferential enrichment. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 37(20), 2876-2878
  32. Takano, D., Nakajima, Y., Miyahara, I., Hirotsu, K., Tanaka, R., Okada, K., Morimoto, Y., Kinoshita, T., and Yoshihara, K. (1998) The Birch reduction of heterocyclic compounds. IV. Birch reduction of 3-acylfurans. Competition between ring reduction, carbonyl reduction, and dimer formation. J. Heterocycl. Chem. 35(6), 1285-1293
These authors contributed equally to each work.
総説
  1. 伊藤 潔、中嶋 義隆、芳本 忠 (2008)「染症薬の開発を目指した感染菌ペプチダーゼの構造解析」生物工学会誌 86 4 p180-183
  2. 伊藤 潔,中嶋 義隆,田中 信忠,芳本 忠 (2009) 「ペプチド最終分解系に関与するエキソペプチダーゼの構造と機能」生化学会誌 81 1 p5-16
著書
  1. 伊藤 潔、中嶋 義隆、芳本 忠(2007)構造生物学 倉光成紀・杉山正則編共立出版 p99-106, p133-140
海外および国際学会発表
  1. Yoshimoto, T., Nakajima, Y., and Ito, K. (2011) “Prolyl Tripeptidyl Peptidase from Porphyromonas gingivalis.” Seventh General Meeting of the International Proteolysis Society, Hilton San Diego Resort and Spa, San Diego, CA USA
  2. Ito, K., Nakajima, Y., Onohara, Y., Xu, Y., Nakashima, K., and Yoshimoto, T. (2007) “The Three Dimensional Structure of Aminopeptidase N and Wide Substrate Recognition Mechanism.” 5th General Meeting of the International Proteolysis Society (IPS2007), Pataras, Greek
  3. Nakajima, Y., Onohara, Y., Ito, K., Xu, Y., Nakashima, K., Matsubara, F., and Yoshimoto, T. (2006) “Crystallography and Substrate Recognition of Aminopeptidase N.” Joint Conference of the Asian Crystallographic Association and the Crystallographic Society of Japan, Tsukuba, Japan
  4. Ito, K., Nakajima, Y., Nakashima, K., Katayama, N., Ichihara, E., and Yoshimoto, T. (2006) “Analysis of the substrate recognition of Pseudomonas D-3-hydroxybutyrate dehydrogenase by X-ray crystallography.” 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress, Kyoto, Japan
  5. Nakajima, Y., Onohara, Y., Ito, K., Xu, Y., Nakashima, K., Matsubara, F., and Yoshimoto, T. (2006) “Crystal Structure of Aminopeptidase N from Escherichia coli.” 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress, Kyoto, Japan
  6. Takamiya, S., Hashimoto, M., Yamakura, F., Yokoto, T., Nakajima, Y., and Sugio, S. (2006) “Crystal structure and function of cytochrome b5 from parasitic nematode Ascaris suum.” 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress, Kyoto, Japan
  7. Yoshimoto, T., Xu, Y., Nakajima, Y., Onohara, Y., Matsubara, F., and Ito, K. (2006) ”Crystal Structure and mechanism of tripeptidyl activity of prolyl tripeptidyl aminopeptidase from Porphyromonas gingivalis” 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress, Kyoto, Japan
国内学会発表
  1. 大元 崇裕、田中 祐輔、佐保 洪成、角谷 尚美、山下 輝樹、中嶋 義隆、岩田 修永、伊藤 潔 (2011) 「ヒト由来ピューロマイシン感受性アミノペプチダーゼの発現と大腸菌アミノペプチダーゼNとの比較」第84回日本生化学会大会、京都市
  2. Malik Suliman Mohamed Mustafa, Yoshitaka Nakajima, Yoshino Hattori, Hiromi Kurokawa, Nobuhisa Iwata, and Kiyoshi Ito 「Expression, purification, and crystallization of bacterial oligopeptidase B」第84回日本生化学会大会、京都市
  3. 伊藤 潔、田中 祐輔、大元 崇裕、服部 芳野、中嶋 義隆、岩田 修永(2011)「ヒト由来ピューロマイシン感受性アミノペプチダーゼの発現とその部位特異的変異体の性質」日本薬学会第131年会、静岡市
  4. 川南 裕、相場 洋志、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2011)「蛋白質工学的手法によるAspergillus oryzae由来FAD依存型グルコース脱水素酵素の改良」日本農芸化学会2011年度大会、京都市
  5. 田中 祐輔、大元 崇裕、中嶋 義隆、伊藤 潔(2010)「ヒト由来ピューロマイシン感受性アミノペプチターゼの発現と諸性質」第27回日本薬学会九州支部大会、長崎市
  6. 虫明 可倫、山澤 龍治、川崎 雄太、中嶋 義隆、伊藤 潔(2010)「セリン脱水素酵素の部位特異的変異体の解析」第27回日本薬学会九州支部大会、長崎市
  7. 黒川 裕美、中嶋 義隆、平尾 理恵、西谷 芳昭、山澤 龍治、大元 崇裕、芳本 忠、伊藤 潔(2010)「変異体構造から見出されたクレアチニナーゼの基質取り込み機構」BMB2010、神戸市
  8. 中嶋 義隆、西谷 芳昭、川南 裕、辻 裕二、北林 雅夫、尾山 廣、芳本 忠、伊藤 潔(2010)「FAD依存型グルコース脱水素酵素阻害剤複合体の結晶構造」BMB2010、神戸市
  9. 山澤 龍治、川崎 雄太、中嶋 義隆、芳本 忠、伊藤 潔(2010)「大腸菌由来セリン脱水素酵素のX線構造解析」第62回日本生物工学会大会、宮崎市
  10. 川南 裕、相場 洋志、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2010)「タンパク質工学的手法によるAspergillus oryzae由来FAD依存型グルコース脱水素酵素の改良」第62回日本生物工学会大会、宮崎市
  11. 大元 崇裕、田中 祐輔、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2010)「大腸菌ホルムアルデヒド代謝系オペロンのレプレッサーに存在する2つのシステイン残基の役割」第62回日本生物工学会大会、宮崎市
  12. 山澤 龍治、中嶋 義隆、伊藤 潔(2010)「大腸菌セリン脱水素酵素のX線結晶構造解析」平成22年度日本生化学会九州支部例会。鹿児島市
  13. 中嶋 義隆、伊藤 潔、山澤 龍治、川南 裕、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、芳本 忠(2010)「FAD依存型グルコース脱水素酵素基質複合体の結晶構造」日本薬学会第130年会、岡山市
  14. 山澤 龍治、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2010)「大腸菌由来セリン脱水素酵素のX線構造解析」日本薬学会第130年会、岡山市
  15. 宮川 俊介、山澤 龍治、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2009)「D-3-ヒドロキシ酪酸脱水素酵素の構造変化に関わるアミノ酸残基の変異体の構造解析」第26回日本薬学会九州支部大会、福岡市
  16. 古賀 恒光、伊東 ともみ、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2009)「大腸菌で生産したペプチドを用いたプロリン特異性ペプチダーゼの基質特異性の解析」第26回日本薬学会九州支部大会、福岡市
  17. 藤村(伊東) ともみ、田中 祐輔、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2009)「大腸菌で生産したペプチドを用いたプロリン特異性ペプチダーゼの基質特異性の解析」第16回日本生物工学会九州支部飯塚大会、福岡県飯塚市
  18. 松下 隼士、山下 絹代、黒川 裕美、中嶋 義隆、伊藤 潔、芳本 忠(2009)「クレアチニナーゼ変異体における基質結合ループの構造変化」第16回日本生物工学会九州支部飯塚大会、福岡県飯塚市
  19. 山澤 龍治、中嶋 義隆、宮川 俊介、伊藤 潔、芳本 忠(2009)「D-3-ヒドロキシ酪酸脱水素酵素のThr190変異体の構造解析」第82回日本生化学会大会、神戸市
  20. 中嶋 義隆、伊藤 潔、山澤 龍治、川南 裕、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、芳本 忠(2009)第82回日本生化学会大会、神戸市
  21. 中嶋 義隆、伊藤 潔、山澤 龍治、川南 裕、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、芳本 忠(2009)「FAD依存型グルコース脱水素酵素の結晶構造」第9回日本蛋白質科学会、熊本市
  22. 中嶋義隆、伊藤 潔、山澤 龍治、川南 裕、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、芳本 忠(2009)「FAD依存型D-グルコース脱水素酵素の結晶構造」平成21年度日本生化学会九州支部例会、福岡市
  23. 伊藤 潔、中嶋 義隆、中島 可奈子、山澤 龍治、宮川 俊介、芳本 忠(2009)「D-3-ヒドロキシ酪酸脱水素酵素変異体のX線結晶構造解析」日本薬学会第129年会、京都市
  24. 中嶋 義隆、山澤 龍治、伊藤 潔、川南 裕、辻 裕二、北林 雅夫、西谷 芳昭、芳本 忠(2009)「FAD依存型グルコース脱水素酵素X線結晶学的研究」日本薬学会第129年会、京都市
学会賞
  1. 日本生化学会九州支部会学術奨励賞 (2009)
研究費の受け入れ状況
  1. 科学研究費補助金 若手研究B(代表)2007年度-2008年度
  2. 科学研究費補助金 基盤研究B(分担)2007年度-2010年度
  3. 科学研究費補助金 若手研究B(代表)2012年度-2013年度
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