東北大学研究者紹介

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クロカワ　ヒロフミ

黒河　博文

Hirofumi Kurokawa

所属

多元物質科学研究所　有機・生命科学研究部門　生命分子ダイナミクス研究分野

職名

講師

学位

博士（農学）（京都大学）
修士（農学）（京都大学）

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https://researchmap.jp/read0092432

J-GLOBAL ID

200901081471908604

学歴 3

京都大学　農学系研究科　食品工学

～ 1996年3月31日
京都大学　農学研究科　食品工学

～ 1993年3月
京都大学　農学部　食品工学

～ 1991年3月31日

研究分野 1

ライフサイエンス / 構造生物化学 /

論文 34

3D Electron Diffraction Structure of an Organic Semiconductor Reveals Conformational Polymorphism 査読有り

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

Journal of the American Chemical Society　2025年2月19日

DOI： 10.1021/jacs.4c12734 　
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年11月26日
出版者・発行元： IEEE
DOI： 10.1109/candarw64572.2024.00060 　
Effects of Thiophene-Fused Isomer on High-Layered Crystallinity in π-Extended and Alkylated Organic Semiconductors 査読有り

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年1月5日

DOI： 10.1021/acs.chemmater.3c02500 　

ISSN：0897-4756 1520-5002
Crystal structure of Thermobifida fusca cis-prenyltransferase reveals the dynamic nature of its RXG motif-mediated inter-subunit interactions critical for its catalytic activity 国際誌査読有り

Hirofumi Kurokawa, Takanori Ambo, Seiji Takahashi, Tanetoshi Koyama

Biochemical and Biophysical Research Communications　2020年9月
出版者・発行元： 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.
Molecular basis distinguishing the DNA binding profile of Nrf2-Maf heterodimer from that of Maf homodimer. 国際誌査読有り

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年4月

DOI： 10.1074/jbc.A115.706863 　

ISSN：0021-9258
The selective autophagy substrate p62 activates the stress responsive transcription factor Nrf2 through inactivation of Keap1 査読有り

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年3月

DOI： 10.1038/ncb2021 　

ISSN：1465-7392

eISSN：1476-4679
Keap1 is a forked-stem dimer structure with two large spheres enclosing the intervening, double glycine repeat, and C-terminal domains 査読有り

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年2月

DOI： 10.1073/pnas.0914036107 　

ISSN：0027-8424
Prenyltransferase

Kurokawa, H., Koyama, T.

Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology　1　2010年
Structural Basis of Alternative DNA Recognition by Maf Transcription Factors 査読有り

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年12月

DOI： 10.1128/MCB.00708-09 　

ISSN：0270-7306

eISSN：1098-5549
Maf転写因子による新規DNA配列認識の構造基盤招待有り

黒河博文

東北医学雑誌　121　(2)　196-198　2009年12月
Cloning and functional analysis of cis-prenyltransferase from Thermobifida fusca 査読有り

Takanori Ambo, Motoyoshi Noike, Hirofumi Kurokawa, Tanetoshi Koyama

JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING　107　(6)　620-622　2009年6月

DOI： 10.1016/j.jbiosc.2009.02.006 　

ISSN：1389-1723
Product chain-length determination mechanism of Z,E-farnesyl diphosphate synthase 査読有り

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年12月

DOI： 10.1016/j.bbrc.2008.09.014 　

ISSN：0006-291X
Resonance Raman investigation of redox-induced structural changes of protein and heme in the sensor domain of Ec DOS protein 査読有り

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

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

DOI： 10.1002/jrs.2035 　

ISSN：0377-0486
Cloning and functional analysis of novel short-chain cis-prenyltransferases 査読有り

Takanori Ambo, Motoyoshi Noike, Hirofumi Kurokawa, Tanetoshi Koyama

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

DOI： 10.1016/j.bbrc.2008.08.057 　

ISSN：0006-291X

eISSN：1090-2104
Molecular basis distinguishing the DNA binding profile of Nrf2-Maf heterodimer from that of maf homodimer 査読有り

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年11月

DOI： 10.1074/jbc.M706863200 　

ISSN：0021-9258
Characterization of heme-regulated eIF2 alpha kinase: Roles of the N-terminal domain in the oligomeric state, heme binding, catalysis, and inhibition 査読有り

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

BIOCHEMISTRY　45　(32)　9894-9905　2006年8月

DOI： 10.1021/bi060556k 　

ISSN：0006-2960
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 査読有り

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年6月

DOI： 10.1111/j.1742-4658.2006.05259.x 　

ISSN：1742-464X
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 査読有り

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

FEBS Journal　273　(6)　1210-1223　2006年3月

DOI： 10.1111/j.1742-4658.2006.05145.x 　

ISSN：1742-464X 1742-4658
DOSEc, a heme-regulated phosphodiesterase, plays an important role in the regulation of the cyclic AMP level in Escherichia coli 査読有り

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

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

DOI： 10.1128/JB.187.19.6678-6682.2005 　

ISSN：0021-9193
Spectroscopic characterization of the isolated heme-bound PAS-B domain of neuronal PAS domain protein 2 associated with circadian rhythms 査読有り

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

FEBS JOURNAL　272　(16)　4153-4162　2005年8月

DOI： 10.1111/j.1742-4658.2005.04828.x 　

ISSN：1742-464X
Dual effects of the substrate and Pterins on the kinetics of CO binding to neuronal nitric oxide synthase: A laser flash photolysis study 査読有り

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

CHEMISTRY LETTERS　34　(6)　752-753　2005年6月

DOI： 10.1246/cl.2005.752 　

ISSN：0366-7022

eISSN：1348-0715
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年

DOI： 10.1016/j.jmb.2005.09.053 　

ISSN：0022-2836
2SB01 大腸菌由来ヘムPASドメインによるレドックスセンシング機構(PASドメインの生物物理学)

黒河博文, 清水透

生物物理　45　S18　2005年
出版者・発行元：一般社団法人日本生物物理学会
DOI： 10.2142/biophys.45.S18_3 　
Critical roles of Asp40 at the haem proximal side of haem-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli redox potential, auto-oxidation and catalytic control 査読有り

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

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

DOI： 10.1111/j.1432-1033.2004.04331.x 　

ISSN：0014-2956
Fluorescence spectra of Trp53Phe and Trp110Ile mutants of a heme-regulated phosphodiesterase from Escherichia coli 査読有り

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

CHEMISTRY LETTERS　33　(7)　870-871　2004年7月

DOI： 10.1246/cl.2004.870 　

ISSN：0366-7022

eISSN：1348-0715
A redox-controlled molecular switch revealed by the crystal structure of a bacterial heme PAS sensor 査読有り

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

JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　279　(19)　20186-20193　2004年5月

DOI： 10.1074/jbc.M314199200 　

ISSN：0021-9258

eISSN：1083-351X
The Histidine Kinase Family. Structures of Essential Building Blocks

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

Histidine Kinases in Signal Transduction　2002年

DOI： 10.1016/B978-012372484-7/50003-5 　
Target-induced conformational adaptation of calmodulin revealed by the crystal structure of a complex with nematode Ca2+/calmodulin-dependent kinase kinase peptide 査読有り

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年9月

DOI： 10.1006/jmbi.2001.4822 　

ISSN：0022-2836

eISSN：1089-8638
A monomeric histidine kinase derived from EnvZ, an Escherichia coli osmosensor 査読有り

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

MOLECULAR MICROBIOLOGY　36　(1)　24-32　2000年4月

DOI： 10.1046/j.1365-2958.2000.01837.x 　

ISSN：0950-382X
Crystal structure of hen apo-ovotransferrin - Both lopes adopt an open conformation upon loss of iron 査読有り

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

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

DOI： 10.1074/jbc.274.40.28445 　

ISSN：0021-9258
Solution structure of the homodimeric core domain of Escherichia coli histidine kinase EnvZ 査読有り

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年8月

DOI： 10.1038/11495 　

ISSN：1072-8368
Alternative structural state of transferrin - The crystallographic analysis of iron-loaded but domain-opened ovotransferrin N-lobe 査読有り

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

JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　274　(15)　10190-10194　1999年4月

DOI： 10.1074/jbc.274.15.10190 　

ISSN：0021-9258
CRYSTAL-STRUCTURE OF DIFERRIC HEN OVOTRANSFERRIN AT 2.4 ANGSTROM RESOLUTION 査読有り

H KUROKAWA, B MIKAMI, M HIROSE

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

DOI： 10.1006/jmbi.1995.0611 　

ISSN：0022-2836
CRUCIAL ROLE OF INTRALOBE PEPTIDE-PEPTIDE INTERACTIONS IN THE UPTAKE AND RELEASE OF IRON BY OVOTRANSFERRIN 査読有り

H KUROKAWA, B MIKAMI, M HIROSE

JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　269　(9)　6671-6676　1994年3月

ISSN：0021-9258

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MISC 27

見えない世界を見る：有機半導体の構造解析への挑戦招待有り

黒河博文

現代化学　5　8-9　2025年4月
ケミカルセンサーとしてのKeaplの立体構造と機能

黒河博文

生化學　85　(8)　663-670　2013年8月25日
出版者・発行元：日本生化学会
ISSN： 0037-1017
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年11月

ISSN： 0006-4971
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年11月10日
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年12月
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)

黒河博文

日本結晶学会誌　52　(5)　250-254　2010年10月
出版者・発行元： The Crystallographic Society of Japan
DOI： 10.5940/jcrsj.52.250 　

ISSN： 0369-4585

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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.
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年5月
出版者・発行元： (一社)日本細胞生物学会
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年9月21日
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年9月21日
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年9月

ISSN： 1381-1177
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年

ISSN： 0037-1017
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年

ISSN： 0037-1017
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年9月14日
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年9月14日
Perspectives on structure elucidation of the cadherin-catenin complex

Hirofumi Kurokawa, Mitsuhiko Ikura

SEIKAGAKU　78　(7)　595-600　2006年7月

ISSN： 0037-1017
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年
出版者・発行元：日本生化学会
ISSN： 0037-1017
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年1月

DOI： 10.1021/ar0501525 　
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年
出版者・発行元：日本農芸化学会
ISSN： 0453-073X
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年
Redoxセンサータンパク質, ヘム制御ホスホジエスエラーゼの構造と機能

黒河博文, 吉村登紀子, 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年
出版者・発行元：一般社団法人日本生物物理学会
DOI： 10.2142/biophys.45.84 　

ISSN： 0582-4052 1347-4219

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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.
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年3月5日

ISSN： 0002-1407
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年3月
出版者・発行元：共立出版
ISSN： 0039-9450
Structural view of cadherin-mediated cell-cell adhesion

Alattia, JR, H Kurokawa, M Ikura

CELLULAR AND MOLECULAR LIFE SCIENCES　55　(3)　359-367　1999年3月

DOI： 10.1007/s000180050297 　

ISSN： 1420-682X
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年3月

ISSN： 0039-9450
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年3月25日

ISSN： 0453-073X
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年8月1日
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年7月5日
出版者・発行元：社団法人日本農芸化学会
ISSN： 0002-1407

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書籍等出版物 2

Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology

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

Elsevier Science　2010年5月20日
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年2月

講演・口頭発表等 9

Chirality Determination Using Qualitative Bijvoet Difference by 3D ED Analysis

Tianyu Liu, Daisuke Morikawa, Kurokawa Hirofumi, Shun Narai, Yusuke Seto, Koji Yonekura, Kenji Tsuda

The 13th Asia Pacific Microscopy Congress 2025 (APMC13)　2025年2月5日
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年9月
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年5月24日
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年8月10日
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年3月23日
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年10月26日
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年8月29日
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年10月20日
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年8月31日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 10

クライオ電子顕微鏡による次世代結晶構造解析

黒河博文

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究機関：Tohoku University

2023年6月30日～ 2026年3月31日

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本研究はクライオ電子顕微鏡による３次元電子線回折(3D ED)による次世代タンパク質結晶解析法の開発を行う．荷電粒子である電子線は試料を透過する際に静電ポテンシャルによって散乱される．理論的には3D ED解析はタンパク質の構造情報とともに荷電情報も同時に与えるため，創薬分野での分子認識機構解明に大きく寄与することが期待される．さらに電子線はX線と比べて試料との相互作用が４～５桁も強く，膜タンパクや複合体タンパク質など微小結晶（数十～数百nmの厚み）しか得られないターゲットの構造解析に威力を発揮することが期待される．一方，実際の3D ED解析はX線と比べると回折データと構造モデルとの誤差が大きく,解析精度が劣る点が問題であった．これは電子線に特有の多重散乱を適切に計算処理できていないことが主な原因の一つであった．本研究ではこの多重散乱を動的回折理論に基づき計算処理することで，3D EDの解析精度を飛躍的に向上させ,荷電情報も含めた次世代タンパク質結晶解析法開発を目指すものである．初年度はアミノ酸やジペプチドなど低分子化合物結晶について3D ED測定を実施した．これらのデータに対して複数データをマージして多重散乱の効果を減らす構造解析手法とデータをマージせず多重散乱を動的回折理論に基づいて処理するプログラムによる解析をそれぞれ実施した.さらに中分子サイズ有機分子のモデルケースとして新規有機半導体の3D ED構造解析を行った.
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

2013年4月1日～ 2015年3月31日

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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。
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

2011年4月1日～ 2013年3月31日

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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．
第二相解毒酵素群の発現を誘導するNrf2-Maf転写因子複合体の三次元構造解析

黒河博文

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2009年～ 2011年

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Nrf2転写因子はMaf転写因子と二量体を形成し, 毒性化学物質や酸化ストレス(環境ストレス)に応答して第二相解毒酵素群の発現誘導を統一的に制御する.その結果, 毒性化学物質は速やかに消去される.申請者らはMafホモ二量体とDNAとの複合体の結晶構造を明らかとし, Nrf2-Mafが結合する抗酸化剤応答配列中のGC配列をMaf転写因子がユニークな方法で認識していることを明らかとした.また、毒性化学物質の感知に関わり, Nrf2抑制因子であるKeap1全長構造の電子線単粒子解析に成功した.これによりKeap1によるNrf2抑制制御の分子機構が明らかとなった.さらに、肝臓癌などで異常蓄積するp62タンパク質がKeap1と競合的に結合することでNrf2を活性化し、癌細胞の増殖に有利な環境を作り出していることを明らかとした.
酸素や食物が内包する毒性に対する細胞の適応・応答の分子機構の解明

山本雅之, 勝岡史城, 峯岸直子, 本橋ほづみ, 黒河博文, 鈴木教郎, 森口尚, 鈴木隆史, 田口恵子

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Creative Scientific Research

研究機関：Tohoku University

2007年～ 2011年

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生体は、環境ストレスに適切に応答して恒常性を維持している。本研究は、酸化ストレス・異物に対するセンサーであるKeap1-Nrf2システムを検証し、ストレス感知の新たな分子機構、疾患との関連を明らかにした。また、低酸素ストレスについては、エリスロポエチン遺伝子の発現制御を通じて、組織ごとに異なる多様な低酸素応答に対する遺伝子発現制御機構について新たな知見を得た。
環境汚染物質による体内時計の破壊:ヘム-NO-蛋白質合成-時計遺伝子のクロストーク

清水透, 黒河博文, 田中敦成, 五十嵐城太郎

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

研究機関：Tohoku University

2005年～ 2009年

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[1]ヘム制御キナーゼ(HRI)、及びヘム結合時計遺伝子制御因子のNOやヘムセンシングの分子機構を解明し、水銀が、このヘム-蛋白質結合を破壊することを示した。[2]メチル水銀で誘起されたマウスの日内活動の異常性は、チオレート化合物と血液脳関門透過化合物であるα-リポ酸を同時に投与した場合のみ、修復された。[3]ヘム受容体を保持するガスセンサー酵素のガス結合部位の同定、及びガス結合による活性上昇の分子機構を明らかにした。
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

2005年～ 2006年

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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。
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

2003年～ 2004年

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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。
環境汚染物質によるポルフィリン症の解析・ヘム合成と蛋白質合成の協奏とテンポ

清水透, 黒河博文, 五十嵐城太郎, 佐上郁子

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：Tohoku University

2002年～ 2004年

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栄養不足、ウイルス感染など様々な外的なストレスに依り蛋白質翻訳(合成)が停止する。赤血球には生体内の酸素の運搬に重要な働きをするヘモグロビンが多量に存在する。このヘモグロビンはヘムとグロビン蛋白質が1:1で存在しており、この濃度比が変化すると病態が発現する。このバランスを保持するために、赤血球には、ヘムの濃度をセンスして、もし、ヘム濃度が低下するとグロビンの合成を停止させる酵素、ヘム制御キナーゼ(HRI)が存在する。一方、ヘムの合成にはチトクロムP450が関わっており、その合成反応はPCBやハロエタンなどの環境汚染物質により阻害される。NOガスもその合成反応を制御する。本研究では、分光学や遺伝子工学の手法を用いて、環境汚染物質によるヘム合成・分解の阻害、ヘム分解物による蛋白質合成阻害、NO合成阻害、NO-ヘム相互作用、ヘムセンサー酵素、及びNOが関わるシグナル伝達などの機構を明らかにし、ポルフィリン症の基礎的な解明に寄与した。国際会議、及び国際雑誌に発表できた研究成果としては、#1,HRIのヘム環境を明らかにし、NOがHRIの活性を著しく上昇させることを示した。#2,NO合成酵素の細胞表面蛋白との相互作用やヘムが関わる電子伝達について興味ある結果を得た。#3,NOガスやCOガスをセンスしヘムの酸化還元状態で制御されるヘムセンサー酵素の構造・機能相関関係を解析した。さらに、最終年度においては、基盤(S)の研究と重複する形で、生物時計に関わるヘム制御転写因子とDNAとの相互作用、制御因子蛋白質とヘムとの相互作用、COガスとの相互作用の研究を行った。
触媒反応を光スイッチや分子スイッチで制御できる環境修復酵素の構築

清水透, 黒河博文, 五十嵐城太郎, 佐上郁子, 松井敏高

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2001年～ 2004年

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シトクロムP450は、ベンズピレンやアフラトキシンなどの強力な環境汚染発ガン化学物質、地下水汚染のハロメタン、又、多くの薬物の毒性・薬物活性化に関係する一方で、それらの代謝・分解にも深く関わっている。故に、シトクロムP450による環境汚染物質の代謝・分解を効率良く活用することができれば良い環境修復酵素を構築できる可能性がある。一方、電子の導入、光照射、カルシウムイオン、CO,NO,O_2のような小分子(ガス)や発ガン化学物質の結合により、タンパク質は物理的刺激を感じる(センスする)。その刺激がタンパク構造の変化を誘発し、その変化が光スイッチや分子スイッチ(シグナル)になって触媒活性を制御している酵素やタンパク質も知られている。これらはセンサー酵素・タンパク質を呼ばれ、センサー(シグナル受容器)がスイッチになり、酵素反応やDNA結合反応(転写)がon/offされる。本研究では、まず、カルシウムセンサー酵素でもあるNO合成酵素の電子移動やタンパク-タンパク相互作用について研究した。又、同時に、NO合成酵素のカルシウムセンサードメインとシトクロムP450の活性部位ドメインとのキメラ酵素を構築し、分子スイッチの効率性を調べた。この新規に構築されたキメラ酵素は触媒反応を分子(イオン)スイッチで十分に制御できる環境修復酵素のモデルになることが示唆された。さらに、ヘムの酸化還元(電子移動)センサー酵素であるEc DOSの構造と機能の関係を詳細に調べた。Ec DOSはCO,NOなどのガスによっても反応がスイッチされる分子センサー酵素であることも示唆された。ヘムセンサー酵素である可能性のあるSOULについてもそのヘム周辺構造と反応機構について詳細に調べた。

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社会貢献活動 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年2月22日～

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英国科学雑誌「ＮａｔｕｒｅＣｅｌｌＢｉｏｌｏｇｙ」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。

メディア報道 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年1月19日

メディア報道種別: 新聞・雑誌

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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。

その他 2

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
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