シャペロニンの機能発現におけるプロセッシビティー機構の解明

• Project/Area Number: 19037007
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田口 英樹 The University of Tokyo, 大学院・新領域創成科学研究科, 准教授 (40272710)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2008: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2007: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: タンパク質 / シャペロン / フォールディング / シャペロニン / GroEL / ATP / モーター蛋白質

Research Abstract

タンパク質のフォールディングを助ける分子シャペロンであるシャペロニンGroELは細胞の生育に必須のタンパク質である。シャペロニンGroELはATPと補助因子のGroESの助けを借りつつ精妙に構造変化をしながらタンパク質のフォールディングを助けるという点で生体ナノマシンとも言え、その作用機構の理解はそのまま未だ不明な点が多いタンパク質のフォールディングの理解につながるという点でたいへん重要である。GroELは機能単位である「かご」状の7量体リングが背中合わせに2つ結合したダブルリング構造を取る。この2つのリングがATP加水分解にしたがって、交互に機能しながらはたらくというモデルが定着しているが、その詳細な分子機構にはまだ不明点も多い。
昨年度までの本特定領域の支援による研究の結果、我々はGroELのダブルリング構造の意味を理解するためのいくつかの実験を行い、確定したと思われていた作用機構サイクルに間違いがあることを見出した。この結果は、J.Biol.Chem.誌が選ぶ「Papers of The Week」に選ばれたことからもシャペロン研究者をはじめとしたフォールディング研究コミュニティーに大きなインパクトを与えた。
具体的には、GroELのダブルリングの両方に変性タンパク質が結合したままでサイクルが回ること、GroELのサイクル途上にてGroESが2つのGroELリングに結合可能であるということなどを見出した。これらは従来考えられてきたシャペロニンGroELの作用機構モデルと異なるものである。本年度は、一見等価に見えるフットボール複合体(2つのGroESがGroELダブルリングの両側にそれぞれ結合した複合体)がほんとうに等価なのかどうかを生化学的に明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Diffuse oligomer-based transmission of yeast prions. (Review) (2010)
  • Author(s): Taguchi, H., Kawai-Noma, S.
  • Journal Title: FEBS J. ((印刷中)掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cryo-EM structure of the native GroEL-GroES complex from Thermus thermophilus encapsulating substrate inside the cavity. (2009)
  • Author(s): Kanno, R., Koike-Takeshita, A., Yokoyama, K., Taguchi, H., Mitsuoka, K
  • Journal Title: Structure 17 Pages: 287-293
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bimodal protein solubility distribution revealed by an aggregation analysis of the entire ensemble of Escherichia coli proteins (2009)
  • Author(s): Niwa, T., Ying, B.-W., Saito, K., Jin, W.Z., Takada, S., Ueda, T.Taguchi, H.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 106 Pages: 4201-4206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A tubular biocontainer : Metal ion-induced 1D assembly of a molecularly engineered chaperonin (2009)
  • Author(s): Biswas, S., Kinbara, K., Oya, N., Ishii, N., Taguchi, H., Aida, T.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 131 Pages: 7556-7557
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single mother-daughter pair analysis to analyze the diffusion properties of yeast prion Sup35 in guanidine-HCl treated [PSI+] cells (2009)
  • Author(s): Kawai-Noma, S., Pack, C-G., Tsuji, T., Kinjo, M., Taguchi, H.
  • Journal Title: Genes to Cells 14 Pages: 1045-1054
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] D-loop of actin differently regulates the motor function of myosins II And V (2009)
  • Author(s): Kubota, H., Mikhailenko, S.V., Okabe, H., Taguchi, H., Ishiwata, S.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 284 Pages: 35251-35258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] シャペロニン・基質複合体の分子構造 (2009)
  • Author(s): 光岡薫、小池あゆみ、田口英樹
  • Journal Title: 生物物理学会誌 49 Pages: 296-297
  • NAID: 10025976011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 大腸菌全蛋白質の凝集体解析 (2009)
  • Author(s): 丹羽達也、上田卓也、田口英樹
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素(共立出版) 54 Pages: 1870-1875
• [Journal Article] Single molecule imaging of full protein synthesis by immobilized ribosomes. (2008)
  • Author(s): Uemura, S., Iizuka, R., Ueno, T., Shimizu, Y., Taguchi, H., Ueda, T., Puglisi, J., Funatsu, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research 36
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revisiting the GroEL-GroES reaction cycle via the symmetrical intermediate implied by novel aspects of the GroEL (D398A) mutant. (2008)
  • Author(s): Koike-Takeshita, A., Yoshida, M., Taguchi, H.
  • Journal Title: □J.Biol.Chem. 283 Pages: 23774-23781
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetic analysis of conformational changes of GroEL based on the fluorescence of tyrosine 506 (2008)
  • Author(s): Hosono, K., Ueno, T., Taguchi, H., Motojima, F., Zako, T., Yoshida, M., Funatsu, T.
  • Journal Title: Protein J. 27 Pages: 461-468
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of refolding activities between nanogel artificial chaperone and GroEL systems (2008)
  • Author(s): Asayama, W., Sawada, S., Taguchi, H., Akiyoshi, K.
  • Journal Title: Int. J. Biol. Macromol. 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Filamentous morphology in GroE-depleted Escherichia coli induced by impaired folding of FtsE. (2007)
  • Author(s): Fujiwara, K. Taguchi, H.
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 5860-5866
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Bimodal protein solubility distribution revealed by an aggre gation analysis of the entire ensemble of Escherichia coli proteins (2009)
  • Author(s): 田口英樹
  • Organizer: EMBO Conference "The Biology of Molecular Chaperones"
  • Place of Presentation: ドブロブニク(クロアチア)
  • Year and Date: 2009-05-24
• [Presentation] Mechanism of yeast prion propagation revealed by direct observation of prion protein dynamics (2009)
  • Author(s): 田口英樹
  • Organizer: International Conference "Protein Folding and Neurodegenerative Diseases"
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2009-04-06
• [Presentation] Direct observation of yeast prion dynamics in single-living cells (2008)
  • Author(s): 田口英樹
  • Organizer: 2nd Pacific Rim International Conference on Protein Science
  • Place of Presentation: ケアンズ(オーストラリア)
  • Year and Date: 2008-06-24
• [Presentation] Direct observation of yeast prion Sup35 dynamics in single-living cells (2008)
  • Author(s): 田口英樹
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory meeting on Molecular Chaperones and Stress Responses
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor(米国)
  • Year and Date: 2008-05-02
• [Presentation] シャペロニンGroELの反応モデルの改訂と2ストロークモデルの可能性 (2007)
  • Author(s): 小池あゆみ、吉田 賢右、田口 英樹
  • Organizer: 日本分子生物学会日本生化学会合同年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] Role of Chaperonin GroEL on the folding of newly translated polypeptides. (2007)
  • Author(s): 田口 英樹
  • Organizer: 7th Kias-Soogsil conference on Protein Structure and Folding
  • Place of Presentation: ソウル
  • Year and Date: 2007-10-05
• [Presentation] シャペロニンGroELの細胞内基質蛋白質の解析 (2007)
  • Author(s): 田口 英樹
  • Organizer: 日本細胞生物学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2007-06-29
• [Presentation] 細胞内での酵母プリオンの増殖および伝搬機構 (2007)
  • Author(s): 田口 英樹
  • Organizer: 日本蛋白質科学会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2007-05-26
• [Book] タンパク質の一生 集中マスター 細胞における成熟・輸送・品質管理 (2007)
  • Author(s): 田口 英樹(編集)
  • Total Pages: 146
  • Publisher: 羊土社
• [Book] ナノバイオ計測の実際 (2007)
  • Author(s): 上野 太郎、田口 英樹(分担)
  • Publisher: 講談社サイエンティフィック
• [Remarks] eSOL:大腸菌全タンパク質の凝集率のデータベース
  • URL: http://tp-esol.genes.nig.ac.jp/