金属イオンの高選択的濃縮機能を有する人工細胞の構築

• 研究課題/領域番号: 09874178
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 動物生理・代謝
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 道端 齊 (道端 斉) 広島大学, 理学部, 教授 (00111740)
• 研究分担者: 植木 龍也 広島大学, 理学部, 助手 (10274705) ; 宇山 太郎 広島大学, 理学部, 講師 (60232914) ; 金森 寛 富山大学, 理学部, 教授 (00019001)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1998年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 1997年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 原索動物 / バナジウム / 金属濃縮 / 酸化還元 / 組換タンパク質 / cDNAクローニング / pH / 液胞 / ホヤ / 濃縮機構 / H^+-ATPase

研究概要

ホヤのバナジウム濃縮細胞(バナドサイト)の液胞には高濃度のバナジウムが濃縮されており、Ascidiagemmataではその濃度は海水濃度の10^7倍の350mM濃度に達すること、バナドサイトの液胞膜上には液胞型H^+-ATPaseが存在し、液胞はpH2の硫酸酸性に保たれており、濃縮されたバナジウムは低酸化状態の3価に還元されていること、H^+-ATPaseによって輸送されたプロトンの電気化学的ポテンシャルはバナジウム濃縮に共役している可能性が高いこと等を明らかにしてきた。
特に、プロトン濃度とバナジウム濃度との間には正の相関関係が存在し、バナジウム濃縮のエネルギー機構を担っていると考えられるが、すでに高濃度のバナジウムを濃縮しているバナドサイトそのものを使ってこのことを証明することはきわめて困難であることを体験した。そこで、H^+-ATPaseとバナジウム結合タンパク質を組み込んだ人工細胞を構築して、濃縮のエネルギー機構を解明することを計画した。
この2年間で次のような進展があった。
(1) バナジウム結合タンパク質(VAP)のうち、12.5kDaと15kDaをコードする遺伝子の配列を明らかにした(未発表)
(2) VAP遺伝子を発現ベクターに組み込み融合タンパク質を合成した(未発表)
(3) バナドサイトの液胞膜上には液胞型H^+-ATPase(V-ATPase)のサブユニットのうち、57kDaと72kDaのサブユニットをコードする遺伝子をクローニングした(Ueki et al.,1998)
(4) 三価のバナジウムに結合した水分子の解離によって生じたプロトンが、液胞内をさらに酸性にする可能性を理論的に指摘した(未発表)。

研究成果

• [文献書誌] Michibata, H.: "Vanadocyte is a cell holding the key to resolve the highly selective accumulation and reduction of vanadium in ascidians." Microscop.Res.Technol.in press. (1999)
• [文献書誌] Michibata, H.: "The accumulation mechanism of vanadium by ascidians-An interdisciplinary study between biology and chemistry on extraordinary high levels and reduced form of vanadium in vanadocytes." Am.Chem.Soc.Symp.Ser.711. 248-258 (1998)
• [文献書誌] Michibata, H.: "Selective accumulation of vanadium by ascidians from seawater." Adv.Environm.Sci.& Technol.edit.Nriagu J.John Wiley & Sons, Inc.217-249 (1998)
• [文献書誌] Ueki, T.: "Isolation of cDNAs encoding subunits A and B of the vacuolar-type ATP ase from the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea." Zool.Sci.15. 823-829 (1998)
• [文献書誌] Uyama, T.: "A 100-kDa antigen recognized by a newly prepared monoclonal antibody specific to the vanadocytes of the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea, is glycogen phosphorvlase." Zool.Sci.15. 815-821 (1998)
• [文献書誌] Uyama, T.: "Glucose-6-phosphate dehydrogenase in the pentose phosphate pathway is localized in vanadocytes of the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea." Zool.Sci.15. 441-446 (1998)
• [文献書誌] Uyama, T.: "6-phosphogluconate dehydrogenase is a 45 kDa-antigen recognized by a monoclonal antibody S4D5 specific to vanadocytes in the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea." J.Biochem.124. 377-382 (1998)
• [文献書誌] 道端 齊: "ホヤのバナジウム濃縮に携わる特異な細胞、バナドサイトの謎を探る." 生物物理. 37. 315-320 (1997)
• [文献書誌] Uyama, T.: "Highly selective accumulation of vanadium by ascidians from sea water-An approach from concerted study between biological and chemical viewpoint." Proc.I.T.I.T.Int.Symp.New Technol.Marine-Sphere. 75-78 (1997)
• [文献書誌] Kanamori, K.: "Reduction of vanadium (IV) to vanadium (III) by cysteine methyl ester in water in the pressence of amino polycarboxylates." Chem,Letters. 423-424 (1997)
• [文献書誌] Wuchiyama, J.: "Preparation and localization of a monoclonal antibody against a vanadium-associated protein extracted from the blood cells of the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea." Zool.Sci.14. 409-414 (1997)
• [文献書誌] Nose, Y.: "Specific increase in the number of vanadium-accumulating blood cells by some ionophores and inhibitors of proton-ATP ases in the ascidian, Ascidia sydneiensis samea." Zool.Sci.14. 199-204 (1997)
• [文献書誌] Kanda, T.: "Identification of a vanadium-associated protein from the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea." Zool.Sci.14. 37-42 (1997)
• [文献書誌] Uyama, T.: "Finding of the same antigen in the polychaeta, Pseudopotamilla occelata, as those in the vanadium-rich ascidian, Ascidia sydneiensis samea." Zool.Sci.14. 43-47 (1997)
• [文献書誌] Uyama,T: "6-Phosphogluconate dehydrogenase is a 45 kDa-antigen recognized by a monoclonal antibody S4D5 specific to vanadocytes in the vanadium-rich ascidian,Ascidia sydneiensis samea." The Journal of Biochemistry. (in press). (1998)
• [文献書誌] Uyama,T: "Glucose-6-phosphate dehydrogenase in the pentose phosphate pathway is localized in vanadocytes of vanadium-rich ascidian,Ascidia sydneiensis samea." Zoological Science. (in press). (1998)
• [文献書誌] Michibata,H.: "Selective accumulation of vanadium by ascidians from sea water.In"Vanadium in the Environment.Part 1:Chemistry and Biochemistry"" Edited by Nriagu JO,John Wiley &Sons,Inc.(in press), (1997)
• [文献書誌] Michibata,H.: "The accumulation mechanism of vanadium by ascidians.In"Proc.Symp.Chemistry,Biochemistry and Therapeutic Applications of Vanadium Compounds." Edited by Tracey,A.and Crans,D.C.,Am.Chem.Soc.(in press), (1997)