Details of the Researcher

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Hirofumi Kurokawa
Section
Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials
Job title
Senior Assistant Professor
Degree

  • 博士（農学） (Kyoto University)

  • 修士 (Kyoto University)

Education 3

  • Kyoto University　Graduate School, Division of Agricultural Science　Department of Food Science and Technology

    - 1996/03/31

  • Kyoto University　Graduate School, Division of Agriculture　Department of Food Science and Technology

    - 1993/03

  • Kyoto University　Faculty of Agriculture　Department of Food Science and Technology

    - 1991/03/31

Research Areas 1

  • Life sciences / Structural biochemistry /

Papers 35

  1. Two-dimensional metal–organic frameworks offer all-in-one cocatalysts for photocatalytic overall water splitting Peer-reviewed

    Jingyan Guan, Hajime Suzuki, Kazuhide Kamiya, Takashi Harada, Rintaro Adachi, Osamu Tomita, Hirofumi Kurokawa, Daisuke Unabara, Koji Yonekura, Naoya Fukui, Hiroaki Maeda, Kunihisa Sugimoto, Yuichi Yamaguchi, Akinori Saeki, Akira Yamakata, Akihiko Kudo, Ryu Abe, Ryota Sakamoto

    Nature Chemistry　2026/04/23

    Publisher: Springer Science and Business Media LLC

    DOI： 10.1038/s41557-026-02133-6 　

    ISSN： 1755-4330

    eISSN： 1755-4349

  2. 3D Electron Diffraction Structure of an Organic Semiconductor Reveals Conformational Polymorphism Peer-reviewed

    Hirofumi Kurokawa, Saori Maki-Yonekura, Kiyofumi Takaba, Toshiki Higashino, Satoru Inoue, Tatsuo Hasegawa, Koji Yonekura

    Journal of the American Chemical Society　2025/02/19

    DOI： 10.1021/jacs.4c12734 　

  3. The selective autophagy substrate p62 activates the stress responsive transcription factor Nrf2 through inactivation of Keap1 Peer-reviewed

    Masaaki Komatsu, Hirofumi Kurokawa, Satoshi Waguri, Keiko Taguchi, Akira Kobayashi, Yoshinobu Ichimura, Yu-Shin Sou, Izumi Ueno, Ayako Sakamoto, Kit I. Tong, Mihee Kim, Yasumasa Nishito, Shun-ichiro Iemura, Tohru Natsume, Takashi Ueno, Eiki Kominami, Hozumi Motohashi, Keiji Tanaka, Masayuki Yamamoto

    NATURE CELL BIOLOGY　12　(3)　213-U17　2010/03

    DOI： 10.1038/ncb2021 　

    ISSN： 1465-7392

    eISSN： 1476-4679

  4. A Graph-based Molecular Structure Identification Method via Feature Extraction for Three-dimensional Electron Diffraction Data

    Yusuke Fukasawa, Kazuhiko Komatsu, Masayuki Sato, Saori Maki-Yonekura, Hirofumi Kurokawa, Koji Yonekura, Hiroaki Kobayashi

    2024 Twelfth International Symposium on Computing and Networking Workshops (CANDARW)　325-329　2024/11/26

    Publisher: IEEE

    DOI： 10.1109/candarw64572.2024.00060 　

  5. Effects of Thiophene-Fused Isomer on High-Layered Crystallinity in π-Extended and Alkylated Organic Semiconductors Peer-reviewed

    Toshiki Higashino, satoru inoue, Shunto Arai, Seiji Tsuzuki, Hiroyuki Matsui, Reiji Kumai, Kiyofumi Takaba, Saori Maki-Yonekura, Hirofumi Kurokawa, Ichiro Inoue, Kensuke Tono, Koji Yonekura, Tatsuo Hasegawa

    Chemistry of Materials　2024/01/05

    DOI： 10.1021/acs.chemmater.3c02500 　

    ISSN： 0897-4756 1520-5002

  6. Crystal structure of Thermobifida fusca cis-prenyltransferase reveals the dynamic nature of its RXG motif-mediated inter-subunit interactions critical for its catalytic activity International-journal Peer-reviewed

    Hirofumi Kurokawa, Takanori Ambo, Seiji Takahashi, Tanetoshi Koyama

    Biochemical and Biophysical Research Communications　2020/09

    Publisher: Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.bbrc.2020.08.062 　

    ISSN： 0006-291X

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    cis-Prenyltransferases (cis-PTs) catalyze consecutive condensations of isopentenyl diphosphate to an allylic diphosphate acceptor to produce a linear polyprenyl diphosphate of designated length. Dimer formation is a prerequisite for cis-PTs to catalyze all cis-prenyl condensation reactions. The structure-function relationship of a conserved C-terminal RXG motif in cis-PTs that forms inter-subunit interactions and has a role in catalytic activity has attracted much attention. Here, we solved the crystal structure of a medium-chain cis-PT from Thermobifida fusca that produces dodecaprenyl diphosphate as a polyprenoid glycan carrier for cell wall synthesis. The structure revealed a characteristic dimeric architecture of cis-PTs in which a rigidified RXG motif of one monomer formed inter-subunit hydrogen bonds with the catalytic site of the other monomer, while the RXG motif of the latter remained flexible. Careful analyses suggested the existence of a possible long-range negative cooperativity between the two catalytic sites on the two monomeric subunits that allowed the binding of one subunit to stabilize the formation of the enzyme-substrate ternary complex and facilitated the release of Mg-PPi and subsequent intra-molecular translocation at the counter subunit so that the condensation reaction could occur in consecutive cycles. The current structure reveals the dynamic nature of the RXG motif and provides a rationale for pursuing further investigations to elucidate the inter-subunit cooperativity of cis-PTs.

  7. Molecular basis distinguishing the DNA binding profile of Nrf2-Maf heterodimer from that of Maf homodimer. International-journal Peer-reviewed

    Kimura M, Yamamoto T, Zhang J, Itoh K, Kyo M, Kamiya T, Aburatani H, Katsuoka F, Kurokawa H, Tanaka T, Motohashi H, Yamamoto M

    The Journal of biological chemistry　290　(17)　10644-10644　2015/04

    DOI： 10.1074/jbc.A115.706863 　

    ISSN： 0021-9258

  8. Keap1 is a forked-stem dimer structure with two large spheres enclosing the intervening, double glycine repeat, and C-terminal domains Peer-reviewed

    Toshihiko Ogura, Kit I. Tong, Kazuhiro Mio, Yuusuke Maruyama, Hirofumi Kurokawa, Chikara Sato, Masayuki Yamamoto

    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA　107　(7)　2842-2847　2010/02

    DOI： 10.1073/pnas.0914036107 　

    ISSN： 0027-8424

  9. Prenyltransferase

    Kurokawa, H., Koyama, T.

    Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology　1　2010

  10. Structural Basis of Alternative DNA Recognition by Maf Transcription Factors Peer-reviewed

    Hirofumi Kurokawa, Hozumi Motohashi, Shinji Sueno, Momoko Kimura, Hiroaki Takagawa, Yousuke Kanno, Masayuki Yamamoto, Toshiyuki Tanaka

    MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY　29　(23)　6232-6244　2009/12

    DOI： 10.1128/MCB.00708-09 　

    ISSN： 0270-7306

    eISSN： 1098-5549

  11. Maf転写因子による新規DNA配列認識の構造基盤 Invited

    黒河博文

    東北医学雑誌　121　(2)　196-198　2009/12

  12. Cloning and functional analysis of cis-prenyltransferase from Thermobifida fusca Peer-reviewed

    Takanori Ambo, Motoyoshi Noike, Hirofumi Kurokawa, Tanetoshi Koyama

    JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING　107　(6)　620-622　2009/06

    DOI： 10.1016/j.jbiosc.2009.02.006 　

    ISSN： 1389-1723

  13. Product chain-length determination mechanism of Z,E-farnesyl diphosphate synthase Peer-reviewed

    Motoyoshi Noike, Takanori Arnbo, Sayaka Kikuch, Toshihide Suzuki, Satoshi Yamashita, Seiji Takahashi, Hirofumi Kurokawa, Sebabrata Mahapatra, Dean C. Crick, Tanetoshi Koyama

    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS　377　(1)　17-22　2008/12

    DOI： 10.1016/j.bbrc.2008.09.014 　

    ISSN： 0006-291X

  14. Resonance Raman investigation of redox-induced structural changes of protein and heme in the sensor domain of Ec DOS protein Peer-reviewed

    Samir F. El-Mashtoly, Hiroto Takahashi, Hirofumi Kurokawa, Akira Sato, Toru Shimizu, Teizo Kitagawa

    JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY　39　(11)　1614-1626　2008/11

    DOI： 10.1002/jrs.2035 　

    ISSN： 0377-0486

  15. Cloning and functional analysis of novel short-chain cis-prenyltransferases Peer-reviewed

    Takanori Ambo, Motoyoshi Noike, Hirofumi Kurokawa, Tanetoshi Koyama

    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS　375　(4)　536-540　2008/10

    DOI： 10.1016/j.bbrc.2008.08.057 　

    ISSN： 0006-291X

    eISSN： 1090-2104

  16. Molecular basis distinguishing the DNA binding profile of Nrf2-Maf heterodimer from that of maf homodimer Peer-reviewed

    Momoko Kimura, Tae Yamamoto, Jianyong Zhang, Ken Itoh, Motoki Kyo, Terue Kamiya, Hiroyuki Aburatani, Fumiki Katsuoka, Hirofumi Kurokawa, Toshiyuki Tanaka, Hozumi Motohashi, Masayuki Yamamoto

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　282　(46)　33681-33690　2007/11

    DOI： 10.1074/jbc.M706863200 　

    ISSN： 0021-9258

  17. Characterization of heme-regulated eIF2 alpha kinase: Roles of the N-terminal domain in the oligomeric state, heme binding, catalysis, and inhibition Peer-reviewed

    Marketa Miksanova, Jotaro Igarashi, Masahiro Minami, Ikuko Sagami, Seigo Yamauchi, Hirofumi Kurokawa, Toru Shimizu

    BIOCHEMISTRY　45　(32)　9894-9905　2006/08

    DOI： 10.1021/bi060556k 　

    ISSN： 0006-2960

  18. Spectroscopic and DNA-binding characterization of the isolated heme-bound basic helix-loop-helix-PAS-A domain of neuronal PAS protein 2 (NPAS2), a transcription activator protein associated with circadian rhythms Peer-reviewed

    Y Mukaiyama, T Uchida, E Sato, A Sasaki, Y Sato, J Igarashi, H Kurokawa, Sagami, I, T Kitagawa, T Shimizu

    FEBS JOURNAL　273　(11)　2528-2539　2006/06

    DOI： 10.1111/j.1742-4658.2006.05259.x 　

    ISSN： 1742-464X

  19. Critical roles of Leu99 and Leu115 at the heme distal side in auto-oxidation and the redox potential of a heme-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli Peer-reviewed

    Nao Yokota, Yasuyuki Araki, Hirofumi Kurokawa, Osamu Ito, Jotaro Igarashi, Toru Shimizu

    FEBS Journal　273　(6)　1210-1223　2006/03

    DOI： 10.1111/j.1742-4658.2006.05145.x 　

    ISSN： 1742-464X 1742-4658

  20. DOSEc, a heme-regulated phosphodiesterase, plays an important role in the regulation of the cyclic AMP level in Escherichia coli Peer-reviewed

    T Yoshimura-Suzuki, Sagami, I, N Yokota, H Kurokawa, T Shimizu

    JOURNAL OF BACTERIOLOGY　187　(19)　6678-6682　2005/10

    DOI： 10.1128/JB.187.19.6678-6682.2005 　

    ISSN： 0021-9193

  21. Spectroscopic characterization of the isolated heme-bound PAS-B domain of neuronal PAS domain protein 2 associated with circadian rhythms Peer-reviewed

    R Koudo, H Kurokawa, E Sato, J Igarashi, T Uchida, Sagami, I, T Kitagawa, T Shimizu

    FEBS JOURNAL　272　(16)　4153-4162　2005/08

    DOI： 10.1111/j.1742-4658.2005.04828.x 　

    ISSN： 1742-464X

  22. Dual effects of the substrate and Pterins on the kinetics of CO binding to neuronal nitric oxide synthase: A laser flash photolysis study Peer-reviewed

    SN Bengea, Y Araki, O Ito, J Igarashi, H Kurokawa, T Shimizu

    CHEMISTRY LETTERS　34　(6)　752-753　2005/06

    DOI： 10.1246/cl.2005.752 　

    ISSN： 0366-7022

    eISSN： 1348-0715

  23. Erratum: Target-induced conformational adaptation of calmodulin revealed by the crystal structure of a complex with nematode Ca2+/calmodulin- dependent kinase kinase peptide (Journal of Molecular Biology (2001) 312 (59-68) DOI: 10.1006/jmbi.2001.4822)

    Kurokawa, H., Osawa, M., Kurihara, H., Katayama, N., Tokumitsu, H., Swindells, M.B., Kainosho, M., Ikura, M.

    Journal of Molecular Biology　354　(4)　1008-1008　2005

    DOI： 10.1016/j.jmb.2005.09.053 　

    ISSN： 0022-2836

  24. 2SB01 Redox Sensory Mechanism of Heme PAS Domain from E. coli

    Kurokawa H., Shimizu T.

    Seibutsu Butsuri　45　S18　2005

    Publisher: The Biophysical Society of Japan General Incorporated Association

    DOI： 10.2142/biophys.45.S18_3 　

  25. Critical roles of Asp40 at the haem proximal side of haem-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli redox potential, auto-oxidation and catalytic control Peer-reviewed

    Miki Watanabe, Hirofumi Kurokawa, Tokiko Yoshimura-Suzuki, Ikuko Sagami, Toru Shimizu

    European Journal of Biochemistry　271　(19)　3937-3942　2004/10

    DOI： 10.1111/j.1432-1033.2004.04331.x 　

    ISSN： 0014-2956

  26. Fluorescence spectra of Trp53Phe and Trp110Ile mutants of a heme-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli Peer-reviewed

    S Hirata, H Kurokawa, Sagami, I, T Shimizu

    CHEMISTRY LETTERS　33　(7)　870-871　2004/07

    DOI： 10.1246/cl.2004.870 　

    ISSN： 0366-7022

    eISSN： 1348-0715

  27. A redox-controlled molecular switch revealed by the crystal structure of a bacterial heme PAS sensor Peer-reviewed

    H Kurokawa, DS Lee, M Watanabe, Sagami, I, B Mikami, CS Raman, T Shimizu

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　279　(19)　20186-20193　2004/05

    DOI： 10.1074/jbc.M314199200 　

    ISSN： 0021-9258

    eISSN： 1083-351X

  28. The Histidine Kinase Family. Structures of Essential Building Blocks

    Tomomori, C., Kurokawa, H., Ikura, M.

    Histidine Kinases in Signal Transduction　2002

    DOI： 10.1016/B978-012372484-7/50003-5 　

  29. Target-induced conformational adaptation of calmodulin revealed by the crystal structure of a complex with nematode Ca2+/calmodulin-dependent kinase kinase peptide Peer-reviewed

    H Kurokawa, M Osawa, H Kurihara, N Katayama, H Tokumitsu, MB Swindells, M Kainosho, M Ikura

    JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY　312　(1)　59-68　2001/09

    DOI： 10.1006/jmbi.2001.4822 　

    ISSN： 0022-2836

    eISSN： 1089-8638

  30. A monomeric histidine kinase derived from EnvZ, an Escherichia coli osmosensor Peer-reviewed

    L Qin, R Dutta, H Kurokawa, M Ikura, M Inouye

    MOLECULAR MICROBIOLOGY　36　(1)　24-32　2000/04

    DOI： 10.1046/j.1365-2958.2000.01837.x 　

    ISSN： 0950-382X

  31. Crystal structure of hen apo-ovotransferrin - Both lopes adopt an open conformation upon loss of iron Peer-reviewed

    H Kurokawa, JC Dewan, B Mikami, JC Sacchettini, M Hirose

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　274　(40)　28445-28452　1999/10

    DOI： 10.1074/jbc.274.40.28445 　

    ISSN： 0021-9258

  32. Solution structure of the homodimeric core domain of Escherichia coli histidine kinase EnvZ Peer-reviewed

    C Tomomori, T Tanaka, R Dutta, HY Park, SK Saha, Y Zhu, R Ishima, DJ Liu, KI Tong, H Kurokawa, H Qian, M Inouye, M Ikura

    NATURE STRUCTURAL BIOLOGY　6　(8)　729-734　1999/08

    DOI： 10.1038/11495 　

    ISSN： 1072-8368

  33. Alternative structural state of transferrin - The crystallographic analysis of iron-loaded but domain-opened ovotransferrin N-lobe Peer-reviewed

    K Mizutani, H Yamashita, H Kurokawa, B Mikami, M Hirose

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　274　(15)　10190-10194　1999/04

    DOI： 10.1074/jbc.274.15.10190 　

    ISSN： 0021-9258

  34. CRYSTAL-STRUCTURE OF DIFERRIC HEN OVOTRANSFERRIN AT 2.4 ANGSTROM RESOLUTION Peer-reviewed

    H KUROKAWA, B MIKAMI, M HIROSE

    JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY　254　(2)　196-207　1995/11

    DOI： 10.1006/jmbi.1995.0611 　

    ISSN： 0022-2836

  35. CRUCIAL ROLE OF INTRALOBE PEPTIDE-PEPTIDE INTERACTIONS IN THE UPTAKE AND RELEASE OF IRON BY OVOTRANSFERRIN Peer-reviewed

    H KUROKAWA, B MIKAMI, M HIROSE

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　269　(9)　6671-6676　1994/03

    ISSN： 0021-9258

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Misc. 27

  1. 見えない世界を見る：有機半導体の構造解析への挑戦 Invited

    黒河 博文

    現代化学　5　8-9　2025/04

  2. Structure function relatioship of Keapl as chemical sensor

    KUROKAWA Hirofumi

    85　(8)　663-670　2013/08/25

    Publisher: 日本生化学会

    ISSN： 0037-1017

  3. DNA Binding Diversity Achieved Through the Interaction of GATA1 N-Finger and GATA Motif Is Important for Embryonic Erythropoiesis

    Atsushi Hasegawa, Ritsuko Shimizu, Hirofumi Kurokawa, Masayuki Yamamoto

    BLOOD　120　(21)　2012/11

    ISSN： 0006-4971

  4. 酸化ストレスセンサー分子Keap1 (血管医学)

    黒河博文, 山本雅之

    血管医学　12　(4)　23-30　2011/11/10

  5. Structural Basis for the Inactivation of Stress Sensor Keap1 by Selective Autophagy Substrate p62. (Photon Factory Activity Report 2009)

    Hirofumi Kurokawa, Masayuki Yamamoto

    Photon Factory Activity Report 2009　56-57　2010/12

  6. 酸化ストレスセンサーKeap1と選択的オートファジー基質p62複合体の結晶構造解析 (日本結晶学会誌)

    Hirofumi Kurokawa

    日本結晶学会誌　52　(5)　250-254　2010/10

    Publisher: The Crystallographic Society of Japan

    DOI： 10.5940/jcrsj.52.250 　

    ISSN： 0369-4585

    More details Close

    Keap1, an adaptor protein of cullin-RING ubiquitin ligase complex, represses cytoprotective transcription factor Nrf2 in an oxidative stress-dependent manner. The accumulation of selective autophagy substrate p62 also activates Nrf2 target genes, but the detailed mechanism has not been elucidated. Crystal structure of Keap1-p62 complex revealed the structural basis for the Nrf2 activation in which Keap1 is inactivated by p62. The accumulation of p62 is observed in hepatocellular carcinoma. The activation of Nrf2 target genes, including detoxifying enzymes and efflux transporters, by p62 may protect the cancer cells from anti-cancer drugs.

  7. オートファジー選択的基質p62による転写調節機構(Discovery of novel regulation of Nrf2-Keap1 system by a selective autophagy substrate, p62)

    小松 雅明, 黒河 博文, 和栗 聡, 小林 聡, 田中 啓二, 山本 雅之

    日本細胞生物学会大会講演要旨集　61回　196-196　2009/05

    Publisher: (一社)日本細胞生物学会

  8. シス型プレニル鎖延長酵素の生成物特異性を決定する分子機構の解明

    鈴木俊秀, 野池基義, 安保貴永, 菊地明香, KHAREL Yugesh, 山下哲, 高橋征司, 黒河博文, 古山種俊

    化学系学協会東北大会プログラムおよび講演予稿集　2007　283　2007/09/21

  9. 真正細菌の細胞壁生合成における糖キャリア脂質リサイクル機構の解明

    野池基義, 関俊輔, 小関弘恵知, 山下哲, 高橋征司, 黒河博文, 古山種俊

    化学系学協会東北大会プログラムおよび講演予稿集　2007　288　2007/09/21

  10. Gene cloning and functional analysis of novel short-chain cis-prenyltransferase

    Takanori Ambo, Motoyoshi Noike, Hirofumi Kurokawa, Tanetoshi Koyama

    JOURNAL OF MOLECULAR CATALYSIS B-ENZYMATIC　48　(3-4)　111-111　2007/09

    ISSN： 1381-1177

  11. 真正細菌の細胞壁生合成における糖キャリア脂質リサイクル機構の解明

    野池基義, 関俊輔, 小関弘恵知, 山下哲, 高橋征司, 黒河博文, 古山種俊

    生化学　3P-0038　2007

    ISSN： 0037-1017

  12. シス型プレニルトランスフェラーゼの生成物特異性を決定する分子機構の解明

    鈴木俊秀, 野池基義, 安保貴永, 菊地明香, KHAREL Yugesh, 山下哲, 高橋征司, 黒河博文, 古山種俊

    生化学　1P-0238　2007

    ISSN： 0037-1017

  13. 細菌細胞壁生合成におけるウンデカプレニルリン酸リサイクル機構の解明

    関俊輔, 小関弘恵知, 山下哲, 高橋征司, 野池基義, 黒河博文, 古山種俊

    ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会講演要旨集　16th　9　2006/09/14

  14. 短鎖cis型プレニルトランスフェラーゼの鎖長制御機構の解明

    安保貴永, 野池基義, 菊地明香, 山下哲, 高橋征司, 黒河博文, 古山種俊

    ドリコールおよびイソプレノイド研究会例会講演要旨集　16th　10　2006/09/14

  15. Perspectives on structure elucidation of the cadherin-catenin complex

    Hirofumi Kurokawa, Mitsuhiko Ikura

    SEIKAGAKU　78　(7)　595-600　2006/07

    ISSN： 0037-1017

  16. カドヘリン・カテニン複合体系の立体構造解析の展望 (特集:細胞間接着の機能と病態) -- (カドヘリンとアドヘレンスジャンクション)

    黒河 博文, 伊倉 光彦

    生化学　78　(7)　595-600　2006

    Publisher: 日本生化学会

    ISSN： 0037-1017

  17. Structure-function relationships of EcDOS, a heme-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli. (Acc Chem Res)

    Sasakura Yukie, Yoshimura-Suzuki Tokiko, Kurokawa Hirofumi, Shimizu Toru

    Acc Chem Res　39　(1)　37-43　2006/01

    DOI： 10.1021/ar0501525 　

  18. ヘム鉄の酸化ー還元を利用する分子センサータンパク質：結晶構造が解き明かす分子スイッチの制御機構

    黒河博文, 清水透

    化学と生物　42　(7)　428-430　2004

    Publisher: 日本農芸化学会

    ISSN： 0453-073X

  19. Molecular Sensor Protein Using Heme Redox Change: Regulation Mechanism of Molecular Switch Revealed by Crystal Structures

    Hirofumi Kurokawa, Toru Shimizu

    Chemistry, Biology　42　(7)　428-430　2004

  20. Redoxセンサータンパク質、ヘム制御ホスホジエステラーゼの構造と機能

    黒河博文, 吉村ー鈴木登紀子, 笹倉由貴江, 渡部美紀, 平田智士, 田口須恵, 五十嵐城太郎, 佐上郁子, 清水透

    生物物理　45　(2)　84-89　2004

    Publisher: The Biophysical Society of Japan General Incorporated Association

    DOI： 10.2142/biophys.45.84 　

    ISSN： 0582-4052 1347-4219

    More details Close

    Heme-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli (Ec DOS) is a novel PAS heme-sensor enzyme. Ec DOS is active in the Fe^<2+> heme-bound form, whereas it is inactive in the Fe^<3+> heme-bound form. To elucidate the mechanism of the redox-dependent heme-regulated catalysis, we examined spectroscopic and functional characters of site-directed and deletion mutant proteins. We also determined crystal structures of the wild type enzyme under various conditions. In this review, we summarized findings about heme-sensor proteins, PAS domain and phosphodiesterase in general and structure and function relationships of Ec DOS specifically.

  21. トランスフェリンによる鉄イオンの結合と解離の機構 : 結晶構造と反応速度論に基づく解析

    廣瀬 正明, MURALIDHARA B. K., 水谷 公彦, 田畑 聡士, 山下 穂波, 黒河 博文, 三上 文三

    日本農芸化学会誌　74　458-458　2000/03/05

    ISSN： 0002-1407

  22. 細胞接着分子カドヘリンの構造生物学 (構造生物学のフロンティア--シグナル伝達とDNAトランスアクション) -- (シグナルとレセプターとの相互作用)

    黒河 博文, Alattia Jean-Rene, 伊倉 光彦

    蛋白質核酸酵素　44　(4)　311-317　1999/03

    Publisher: 共立出版

    ISSN： 0039-9450

  23. Structural view of cadherin-mediated cell-cell adhesion

    Alattia, JR, H Kurokawa, M Ikura

    CELLULAR AND MOLECULAR LIFE SCIENCES　55　(3)　359-367　1999/03

    DOI： 10.1007/s000180050297 　

    ISSN： 1420-682X

  24. Structural biology of cell adhesion molecule cadherins

    Kurokawa, H., Alattia, J.R., Ikura, M.

    Tanpakushitsu kakusan koso. Protein, nucleic acid, enzyme　44　(4 Suppl)　311-317　1999/03

    ISSN： 0039-9450

  25. オボトランスフェリンの構造と機能

    黒河 博文, 廣瀬 正明

    化学と生物　35　(3)　201-201　1997/03/25

    ISSN： 0453-073X

  26. アポ型オポトランスフェリンのX線結晶構造解析

    黒河 博文, 三上 文三, 広瀬 正明, DEWAN J. C., SACCHETTINI J. C.

    日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集　19　234-234　1996/08/01

  27. オボトランスフェリンのX線結晶構造解析 : 生体高分子・脂質

    黒河 博文, 三上 文三, 広瀬 正明

    日本農藝化學會誌　69　377-377　1995/07/05

    Publisher: 社団法人日本農芸化学会

    ISSN： 0002-1407

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Books and Other Publications 2

  1. Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology

    Mander L, Lui HW, eds, Kurokawa H, Koyama T

    Elsevier Science　2010/05/20

  2. 基礎から学ぶ構造生物学

    河野敬一, 田之倉優, ds, 黒河博文, 伊倉光彦

    共立出版　2008/02

Presentations 9

  1. Chirality Determination Using Qualitative Bijvoet Difference by 3D ED Analysis

    The 13th Asia Pacific Microscopy Congress 2025 (APMC13)　2025/02/05

  2. Structural determination of water-soluble gold cluster by cryo-electron microscopy

    Megumi Suyama, Tasuku Hamaguchi, Daisuke Unabara, Hirofumi Kurokawa, Koji Yonekura, Kiyoshi Kanie

    38th conference of European Colloid & Interface Society (ECIS2024)　2024/09

  3. 水溶性配位子保護金クラスターの構造決定におけるクライオ電子顕微鏡の導入

    陶山めぐみ, 福士真生, 濱口佑, 海原大輔, 黒河博文, 米倉功治, 蟹江澄志

    ナノ学会第22会大会　2024/05/24

  4. 放射光で解析困難なナノ有機結晶の構造解析-クライオ電顕＋3D ED解析による構造解析-

    黒河博文

    東北大学ソフトマテリアル研究拠点会議　2022/08/10

  5. Ph-BTBTT-Cn系有機半導体の分子構造異性による結晶構造の転換

    東野 寿樹, 井上 悟, 荒井 俊人, 松井弘之, 都築誠二, 高場圭章, 眞木 さおり, 黒河 博文, 米倉 功治, 長谷川 達生

    応用物理学会春季学術講演会　2022/03/23

  6. cis型プレニル基転移酵素の構造ダイナミクス

    黒河 博文

    第29回イソプレノイド研究会　2019/10/26

  7. 結晶構造解析によるcis型プレニル基転移酵素のダイナミクスと活性制御

    黒河 博文

    第28回イソプレノイド研究会　2018/08/29

  8. Keap1-Nrf2生体防御系センサーの結晶構造解析

    黒河博文

    平成22年度ターゲットタンパク研究プログラム成果報告会　2010/10/20

  9. 発癌性物質や酸化ストレスに応答する生体防御系センサーの構造基盤

    黒河博文

    ターゲットタンパク研究プログラム第3回全体交流会　2009/08/31

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Research Projects 10

  1. Next Generation Crystal Structure Analysis by Cryo-Electron Microscopy

    Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science

    System: Grants-in-Aid for Scientific Research

    Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    Institution: Tohoku University

    2023/06/30 - 2026/03/31

  2. 酸化ストレスセンサーと選択的蛋白質分解系によるシグナリング複合体の構造と機能

    黒河 博文

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 新学術領域研究(研究領域提案型)

    Institution: 東北大学

    2013/04/01 - 2015/03/31

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    本研究は酸化ストレスセンサーKeap1が関わるシグナル伝達機構を明らかとする目的で、転写因子Nrf2を分解抑制するE3酵素複合体の核となるKeap1-Cul3複合体、およびNrf2の活性化に関わるKeap1-p62-LC3複合体について、それぞれ相互作用解析および結晶構造解析を目指すものである。転写因子Nrf2はストレスに応答して酸化ストレスを消去する様々な酵素の発現に関わる生体防御因子である。これらの解析を通して、酸化ストレスから細胞を守るシグナリング系の構造生物学的な理解を深めることを目指したものである。 Keap1-Cul3複合体の構造解析を行うために、Keap1-Cul3複合体について様々な条件で相互作用解析を実施した。Keap1のセンサーシステインに結合する阻害薬剤の有無、またこれら阻害剤が結合した状態を模倣したセンサーシステインへの部位特異的変異導入が複合体の安定性に与える影響を解析した。マウスCul3は溶解度が低く結晶構造解析には適さないことが明らかとなった。そこで、既に結晶構造が報告されているヒトCul3の発現系を構築した。 Keap1-p62-LC3複合体については、定量的な相互作用解析を行った。結晶化に適した三者複合体を調製する条件検討を実施した。またKeap1-p62複合体の結晶構造解析を進めた。抗合成リン酸化p62ペプチド抗体を用いて、ストレス条件下でのリン酸化の有無についても検討を行った。

  3. 酸化ストレスセンサーＫｅａｐ１と選択的蛋白質分解系による新規シグナリング複合体

    黒河 博文

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 新学術領域研究(研究領域提案型)

    Institution: 東北大学

    2011/04/01 - 2013/03/31

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    細胞は癌や生活習慣病等の様々な疾患を引き起こす酸化ストレスを消去する機構を有する．この生体防御機構には酸化ストレスセンサーKeap1が重要な役割を果たしている．Keap1は生体防御転写因子Nrf2を酸化ストレス依存的に抑制制御するが，その制御には様々なシグナリング複合体が関与している．本研究はこれらのシグナリング複合体構造解析を通して，プロテアソーム系とオートファジー系という異なる選択的タンパク質分解系によって織りなされる酸化ストレス応答分子シグナリング機構の解明を目指すものである． このシグナリング制御の構造的基盤を解明するために，具体的にはプロテアソーム系に重要な1)Keap1センサードメインおよび2)オートファジー系と相互作用するKeap1 Kelchドメインが関わる複合体構造解を実施する． 1)についてはKeap1センサードメイン及びプロテアソーム系のE3酵素複合体のパートナーであるCul3の大量発現系の構築と高純度精製を実施した．得られたサンプルを用いてKeap1とCul3との酸化ストレス依存的な相互作用解析を実施した．さらにKeap1センサードメインの結晶化に成功し，Ｘ線回折データの取得を行った． 2)についてはKeap1 Kelchドメインと選択的オートファジー基質p62との定量的相互作用解析を実施した。さらにKeap1-リン酸化p62複合体結晶の調製に成功し，Ｘ線回折データの取得および構造決定に成功した．

  4. hree-dimensional Structure of Nrf2-Maf transcription factor complex mediating the induction of phase II detoxifying enzymes

    KUROKAWA Hirofumi

    Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science

    System: Grants-in-Aid for Scientific Research

    Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    Institution: Tohoku University

    2009 - 2011

    More details Close

    Nrf2 and Maf transcription factors form hetero dimmer and mediate the induction of phase II detoxifying enzymes in response to oxidative stress. We determined the crystal structure of Maf dimmer in complex with its cognate DNA and revealed the unique DNA recognition mechanism by Maf. We also determined the 3D structure of Keap1, a negative regulator of Nrf2 transcription factor in response to oxidative stress, by using single particle electron microscopy. Keap1 consists of two large spheres connected by stem region. In addition we found that p62, a selective autophagy substrate, competitively binds to Keap1 and activates Nrf2. Crystal structure of p62-Keap1 complex has been solved and showed that p62 competitively binds to Nrf2 binding pocket of Keap1.

  5. Molecular Mechanisms of Adaptive Responses to Food and Oxygen

    YAMAMOTO Masayuki, KATSUOKA Fumiki, MINEGISHI Naoko, MOTOHASHI Hozumi, KUROKAWA Hirofumi, SUZUKI Norio, MORIGUCHI Takashi, SUZUKI Takafumi, TAGUCHI Keiko

    Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science

    System: Grants-in-Aid for Scientific Research

    Category: Grant-in-Aid for Creative Scientific Research

    Institution: Tohoku University

    2007 - 2011

    More details Close

    Environmental stress response system allows organisms to keep cellular homeostasis. In this study, weexamined Keap1-Nrf2-mediated oxidative and xenobiotic defense system, and identified novel molecular mechanisms for stress-sensing system and their association with diseases. We alsoidentified diverse and elaborate gene regulatory mechanisms in response to hypoxic stressthrough the comprehensive analysis of erythropoietin gene regulatory regions.

  6. Destruction of the biological clock system by environmental contaminants : Crosstalk between heme, NO, protein synthesis and clock genes

    SHIMIZU Toru, KUROKAWA Hirofumi, TANAKA Atsunari, IGARASHI Jotaro

    Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science

    System: Grants-in-Aid for Scientific Research

    Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    Institution: Tohoku University

    2005 - 2009

    More details Close

    [1] Molecular mechanisms of NO- and heme-sensing of heme-regulated kinase (HRI) and heme-regulated transcriptional factors were elucidated and mercury was found to break the heme-protein interactions.; [2] Thiolate and α-lipoic acid remedied depressive behavior of mice induced by methyl-mercury.; [3] Gas-recognition sites and molecular mechanism of gas-induced catalytic enhancement of the heme-regulated gas-sensor enzymes were elucidated.

  7. レドックスをセンスする新規ヘム制御ホスホジエステラーゼの結晶構造

    黒河 博文

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 若手研究(B)

    Institution: 東北大学

    2005 - 2006

    More details Close

    近年、ヘム濃度やヘムリガンド(酸素分子、一酸化炭素、一酸化窒素等)の濃度変化を感知して、これを細胞シグナルへと変換するヘムセンサーと呼ばれる新しいヘムタンパク質ファミリーが次々と見つかり、注目を浴びている。 本研究では大腸菌のヘムセンサータンパク質であるヘム制御ホスホジエステラーゼ(EcDOS)に着目した。ヘムセンサードメインについて、活性型であるヘム鉄還元型、ヘム鉄酸化型の両方についてその結晶構造を明らかにした。高分解能の結晶構造解析から、ヘムの酸化還元状態の違いによってヘムリガインドの交換が起こり、これがEcDOSヘムセンサードメインの三次元構造を変化させていることが明らかとなった。この構造変化がホスホジエステラーゼの活性を制御に関わっている可能性が強く示唆されたため、ヘムポケットを構成する疎水性アミノ酸を部位特異的変異法を用いて別のアミノ酸に置換し、その効果を検討した。 一酸化炭素のヘムセンサーとして転写制御に関わっている体内時計関連転写因子NPAS2の機能解析も行った。NPAS2はアミノ末端領域にDNA結合部位を有し、続いて2つのヘム結合PASドメイン(PAS-A、PAS-Bドメイン)を有する。そこで、PAS-Aドメインについて、ヘム結合、一酸化炭素結合等について詳細な解析を行うとともに、ヘム結合のDNA結合に対する効果について検討した。さらに、ヘム濃度に依存して翻訳レベルでタンパク質合成を制御するeIF2 alpha kinaseについて、多量体形成、ヘム結合と活性阻害などについて詳細な解明を行った。

  8. 蛋白質生合成を翻訳レベルで調節するヘム関連キナーゼのX線結晶構造解析

    黒河 博文

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 若手研究(B)

    Institution: 東北大学

    2003 - 2004

    More details Close

    近年、ヘムやヘムリガンド(酸素分子、一酸化炭素、一酸化窒素等)の濃度変化を感知して、これを細胞シグナルへと変換するヘムセンサーと呼ばれる新しいヘムタンパク質ファミリーが次々と見つかり、注目を浴びている。本研究では、未だ不明であるヘムセンサータンパク質のセンシング機構を解明するため、いくつかのヘムセンサータンパク質について結晶構造解析を行った。 本研究ではまず、ストレス(ヘム濃度低下)に応答してmRNAから蛋白質への翻訳を阻害するheme-regulated eIF-2α kinase(HRI)に着目した。HRIは基質である翻訳制御因子(eIF-2α)をリン酸化することによって、mRNAから蛋白質への翻訳を阻害するキナーゼであり、そのN末端領域(約140残基)がヘム結合部位としてストレスセンサーとして働いていると考えられている。HRIの分子内シグナル伝達の初期段階での構造変化を解明するために、HRIのN未端ヘム結合ドメインのX線結晶構造解明を目指し、そのN末端ドメインの結晶化を試みた。様々な結晶化スクリーニングキットと結晶化用恒温装置を用いた4℃と25℃での条件検索により、ヘム結合状態において、微結晶を得ることができた。その後結晶化の最適条件をスクリーニングしているが、X線結晶構造に適した大きな結晶を調整するには至っていない。 また、本研究では大腸菌のヘムセンサータンパク質であるヘム制御ホスホジエステラーゼ(EcDOS)のヘムセンサードメインの結晶化も並行して行い、その結晶化に成功した。そして、活性型の還元型、不活性型の酸化型の両方についてその構造解析に世界で初めて成功した。高分解能の結品構造解析から、ヘムの酸化還元状態の違いによってヘムリガインドの交換が起こり、これがのEcDOSヘムセンサードメインの三次元構造を変化させていることが明らかとなった。この構造変化がホスホジエステラーゼの活性制御に関わっていることが強く示唆された。

  9. Analyses of Porphyria Caused by Environmental Pollutants : Concerted Reaction and Tempo of Heme and Porphyrin Syntheses

    SHIMIZU Toru, KUROKAWA Hirofumi, IGARASHI Jotaro

    Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science

    System: Grants-in-Aid for Scientific Research

    Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    Institution: Tohoku University

    2002 - 2004

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    In eukaryotes, protein synthesis is terminated when cells face an emergency such as a shortage of amino acids, stress to the endoplasmic reticulum, and viral infection. Translation initiation in the red cell is regulated by eukaryotic initiation factor 2a (a-subunit of eukaryotic initiation factor 2 ; eIF2α) kinases or HRI (heme-regulated inhibitor). In the red cell, protein synthesis is terminated when cells face an emergency such as shortage of the heme iron complex. HRI senses and mediates responses to changes in the Fe(II)-protoporphyrin IX (heme) concentration. Under normal conditions when there is sufficient heme, HRI does not phosphorylate eIF2α, but when there is a shortage of heme, it acts to maintain the heme-to-globin ratio at 1:1 by phosphorylating eIF2a, which initiates the termination of protein synthesis. Although HRI is reported to sense the heme concentration in reticulocytes or red blood cells the molecular mechanisms, in particular the role of the N-terminal domain in its oligomerization, kinase function, and heme sensing, have remained elusive. In addition, little is known regarding how heme binds to the catalytic domain and regulates catalysis, the stoichiometry of heme binding, and which residues are axial ligands for the heme iron. In the present study, we attempted to elucidate how the concerted reactions of the heme and protein syntheses are coupled by generating the N-terminal truncated mutants, His mutants, Cys mutants and examining the catalytic function, heme affinities, and heme coordination structures. We also examined effects of environmentally polluted heavy metal cations on the kinase activities of HRI. It was found that NO enhances catalysis of HRI, NO recovers inhibited calysis by heme and bilirubin and heavy metal cations inhibit catalysis. The results obtained will be helpful to understand the molecular mechanism of porphyria caused by environmental pollutants.

  10. Construction of Environmental Biremediation Enzymes Whose Catalysis is Regulated by Light and Molecular Switches

    SHIMIZU Toru, KUROKAWA Hirofumi, IGARASHI Jotaro

    Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science

    System: Grants-in-Aid for Scientific Research

    Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    Institution: Tohoku University

    2001 - 2004

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    Cytochrome P450s activate carcinogenetic activities and toxicities of various environmental chemicals including benzpyrene, aflatoxin, haloethanes. However, cytochrome P450s are also involved in metabolism and degradation of various environmental chemicals. Therefore, it is possible that we can construct efficient and useful environmental bioremediation enzymes if the degradation properties of cytochrome P450s can be used. A physiologically important gas, nitric oxide (NO), is synthesized by nitric oxide synthase whose active site structure is the sameas those of cytochrome P450s. On the other hand, there are many sensor enzymes and sensor proteins, where electron introduction, light illumination, bindings of calcium ion, CO, NO, molecule oxygen and various carcinogens induced certain protein conformational changes. The changes became signals that transmit to catalytic domain and switch the catalysis on/off. In the present study, we examined electron transfer process and protein-protein interactions of a calcium sensor protein, neuronal NO synthase. Then, we constructed chimeric enzymes composed of the calcium sensor domain of NO synthase and the have-bound active site of cytochrome P450. We examined efficiencies of electron transfer and catalysis of the generated calcium sensor chimeric enzymes with the an of a novel molecular switching enzyme. It was found that the chimeric enzyme functions as a calcium sensor enzyme. Furthermore, we examined structure and function relationships of a new redox sensor enzyme, Ec DOS. It was found that Ec DOS is also CO and NO sensor enzyme, because the catalysis was strongly inhibited by CO and NO. As the last step of this project study, we characterized potential heme-sensor enzyme, SOUL. In summary, the study provided the possibility to construct novel sensor enzymes with efficient biodegradation properties of environmental chemicals.

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Social Activities 1

  1. [日本国内] 細胞内にたんぱく質が異常蓄積することで 酸化ストレスからの防御システムが活性化される仕組みを解明 （が

    2010/02/22 -

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    英国科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ」のオンライン速報版で公開された成果について、JSTが行った記者発表とは別に、河北新報社記者向けに説明を行った。毎日新聞、河北新報2紙がこの成果を報道した。

Media Coverage 1

  1. [日本国内] 生体の酸化ストレスセンサーの形を解明

    日刊工業新聞、日経産業新聞、河北新報

    2010/01/19

    Type: Newspaper, magazine

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    米国科学アカデミー紀要「Proceeding of the National Academy of Science of the USA」オンライン版で公開された成果について、記者発表を行った。記者向けの発表、資料作成、質問への対応を行った。新聞3紙が本成果を報道した。

Other 2

  1. NRF2/ARE経路に対する抗がん薬の評価系構築

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    NRF2/ARE経路に対する抗がん薬の評価系構築

  2. 発癌性物質や酸化ストレスに応答する生体防御系センサーの構造基盤

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    発癌性物質や酸化ストレスに応答する生体防御系センサーの構造基盤