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高分解能光学系ナノ計測による細菌べん毛モーターのエネルギー入出力の同時計測

Research Project

Project/Area Number 10J02448
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

森本 雄祐  大阪大学, 生命機能研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsナノマシン / 分子モーター / べん毛モーター / プロトン駆動力 / ナノ計測 / 細胞内pH / エネルギー変換 / 蛍光顕微鏡 / トルク発生
Research Abstract

バクテリアのプロトン駆動型べん毛モーターは、細胞膜内外に形成されるプロトンの電気化学的ポテンシャル差を利用して駆動する回転モーターである。本研究では、べん毛モーターのエネルギー変換機構を解明することを目的とした。
固定子蛋白質MotAと回転子蛋白質FliGとの静電的相互作用によってモーターのトルクが発生すると考えられている。本年度の研究では、まず、トルク発生の分子機構を明らかにするために、これまでに報告されているMotA-FliG間の静電的相互作用部位を詳細に解析した。その結果、固定子のモーターへの局在化のみに重要な荷電残基と、トルク発生に直接的に関与している荷電残基をそれぞれ特定することができた(投稿準備中)。
また、べん毛モーター局所の正確なエネルギー状態を知るために、pH感受性蛍光蛋白質フルオリンをプローブとしたpHイメージングシステムにより、モーター近傍の局所pH測定を行った。その結果、べん毛特異的輸送装置構成蛋白質FliH,FliIの欠損により、細胞質全体のpHは変化しないが、モーター近傍局所のpHでは違いがあることが判明した(投稿準備中)。
以上の成果から、べん毛モーター近傍の局所pHが測定可能となり、モーターにとっての正確なエネルギー状態を考慮して、モーターのトルク特性を議論することが可能となった。本計測システムの応用は、様々な膜タンパク質のエネルギー変換機構の解明に繋がるものと期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究の成果から、バクテリアの細胞全体でのエネルギー状態と膜直下局所のエネルギー状態では違いがあることが判明した。べん毛モーターのエネルギー変換機構の解明に対して、飛躍的に大きな成果である。また、本成果は、これまでの生体エネルギー論の通説を覆すものであり、生物学的に極めて重要な発見である。本研究で開発したpHイメージングシステムは、様々な膜タンパク質の機能解明に大きく貢献するものと期待される。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題では、バクテリアべん毛モーターのエネルギー変換機構の解明を目的として研究を遂行した。本研究の成果の一つとして、固定子MotA、回転子FliG間の相互作用において、モーターのトルク発生に直接的に関与している荷電残基を特定できた。この結果を踏まえて、X線結晶構造解析や電子顕微鏡法によって現在進められている固定子、回転子蛋白質の構造からトルク発生機構の詳細を明らかにする。また、高分解能pHイメージングにより明らかになったモーター近傍局所のpHを考慮することにより、正確なエネルギー状態を把握した上で、べん毛モーターの回転計測によってトルク特性を測定し、モーターのエネルギー変換機構の解明を目指す。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (15 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Assembly and activation of the MotA/B proton channel complex of the proton-driven flagellar motor of Salmonella enterica2012

    • Author(s)
      Morimoto, Y.V., et al
    • Journal Title

      In Tech-Salmonella/Book2

      Volume: 2(in press)

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural insight into the rotational switching mechanism of the bacterial fagellar motor2011

    • Author(s)
      Minamino, T., et al
    • Journal Title

      PLoS Biology

      Volume: 9 Issue: 5 Pages: e1000616-e1000616

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.1000616

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] M153R mutation in a pH-sensitive green fluorescent protein stabilizes its fusion proteins2011

    • Author(s)
      Morimoto, Y.V., et al
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 6 Issue: 5 Pages: e19598-e19598

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0019598

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An energy transduction mechanism used in bacterial flagellar type III protein export2011

    • Author(s)
      Minamino, T., et al
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 475-475

    • DOI

      10.1038/ncomms1488

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural insight into the rotational switching mechanism of the bacterial fagellar motor.2011

    • Author(s)
      Minamino, T., et al.
    • Journal Title

      PLoS Biology

      Volume: in press

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charged residues in the cytoplasmic loop of MotA are required for stator assembly into the bacterial flagellar motor.2010

    • Author(s)
      Morimoto, V.Y., et al.
    • Journal Title

      Mol.Microbiol.

      Volume: 78 Pages: 1117-1129

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] べん毛輸送装置近傍の局所pHに対するFliI ATPaseの効果.Effect of FliI ATPase on local pH around the flagellar protein export apparatus2012

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      2011年度べん毛研究交流会
    • Place of Presentation
      ラフォーレ修善寺(静岡県)
    • Year and Date
      2012-03-09
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct measurement of local pH around the bacterial flagellar protein export apparatus in Salmonella2012

    • Author(s)
      Morimoto, Y.V., et al
    • Organizer
      Gordon Research Conference on Sensory Transduction in Microorganisms
    • Place of Presentation
      Ventura Beach Marriott, Ventura, USA
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 細菌べん毛タンパク質輸送装置近傍の局所pHの測定(Direct measurement of local pH around the bacterial flagellar protein export apparatus)2011

    • Author(s)
      森本雄祐, et al
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
    • Year and Date
      2011-09-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 細菌べん毛蛋白質輸送ゲート複合体はH^+でもNa^+でも駆動されるデュアルフューエルシステムである(Bacterial flagellar type III protein export gate complex is a duel fuel system that utilizes both proton and sodiumion for protein export)2011

    • Author(s)
      南野徹, et al
    • Organizer
      日本生物物理学会第49回年会
    • Place of Presentation
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
    • Year and Date
      2011-09-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアべん毛モーター近傍の局所pHイメージング2011

    • Author(s)
      森本雄祐, et al
    • Organizer
      第8回21世紀大腸菌研究会
    • Place of Presentation
      南木曽ホテル木曽路(長野県)
    • Year and Date
      2011-05-19
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアがもつハイスペックな回転モーター2011

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      大阪市立大学理学部生物学科セミナー
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Energy transduction mechanism of bacterial flagellar type III protein export2011

    • Author(s)
      Minamino, T., et al
    • Organizer
      Gordon Research Conference on Bioenergetics
    • Place of Presentation
      Proctor Academy, New Hampshire, USA
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] High-resolution pH imaging of live Salmonella cells using ratiometric pH-sensitive GFP2011

    • Author(s)
      Morimoto, Y.V., et al
    • Organizer
      Gordon Research Conference on Bioenergetics
    • Place of Presentation
      Proctor Academy, New Hampshire, USA
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamics of 'unplugged' mot a/b stator channels in the flagellar motor2011

    • Author(s)
      Castillo, D.J., et al
    • Organizer
      17^<th> International Biophysics Congress
    • Place of Presentation
      China National Convention Center, Beijing, China
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 細菌べん毛タンパク質輸送装置近傍の局所pHの測定2011

    • Author(s)
      森本雄祐, et al
    • Organizer
      第37回日本生体エネルギー研究会討論会
    • Place of Presentation
      京都産業大学(京都府)
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリア細胞内における膜蛋白質の動態蛍光観察.2010

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      第二回膜輸送体研究会
    • Place of Presentation
      ホテルピアノ(北海道)
    • Year and Date
      2010-12-21
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] pH感受性蛍光蛋白質を用いた高分解能細胞内pHイメージング.2010

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      第二回「光塾」
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府)
    • Year and Date
      2010-12-11
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアべん毛モーター固定子構成蛋白質MotAの細胞質領域に存在する荷電残基の役割2010

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      第36回日本生体エネルギー研究会・特定領域研究「革新的ナノバイオ」合同シンポジウム膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス
    • Place of Presentation
      大阪大学銀杏会館(大阪府)
    • Year and Date
      2010-11-19
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアのプロトン駆動型べん毛モーター固定子複合体MotA/Bの局在化の分子機構Localization mechanism of the MotA/B complex to be the stator of the proton-driven bacterial flagellar motor.2010

    • Author(s)
      Morimoto, Y., et al.
    • Organizer
      日本生物物理学会第48回年会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Year and Date
      2010-09-20
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリア細胞内局所pHの高分解能計測.2010

    • Author(s)
      森本雄祐
    • Organizer
      第7回21世紀大腸菌研究会サテライトミーティング細菌の膜輸送/膜情報伝達機構研究会
    • Place of Presentation
      休暇村南阿蘇(熊本県)
    • Year and Date
      2010-06-04
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/general/lab/02/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/general/lab/02/

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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