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Understanding of the mechanisms of F1-ATPase by redesigning beta-subunit's P-loop

Research Project

Project/Area Number 15H05592
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Biophysics
Research InstitutionCenter for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2018)
Institute for Molecular Science (2015-2017)

Principal Investigator

KOGA Nobuyasu  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (50432571)

Research Collaborator Koga Rie  
Ueno Hiroshi  
Noji Hiroyuki  
Masaike Tomoko  
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2017: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2016: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2015: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywordsタンパク質分子デザイン / 分子モーター / F1-ATPase / 構造変化 / P-loop / 分子動力学シミュレーション / 1分子回転計測実験 / 改造 / 分子シミュレーション / 計算機デザイン / 生化学実験 / 合理デザイン / 生物物理 / 分子モータータンパク質 / 計算機シミュレーション / シーソーモチーフ
Outline of Final Research Achievements

F1-ATPase is a rotary molecular motor utilizing ATP as an energy source. In this study, we aimed to reveal the mechanisms of conformational change of the beta-subunit. On the basis of comparison of the beta-subunit with the alpha-subunit that does not change its conformation upon ATP binding, we hypothesized that the sequence difference in the xxxx region of P-loop (GxxxxGKT/S), a phosphate-binding motif, may play an important role for the conformational change. We investigated the impact of the sequence in the xxxx region on the conformational change by mutating the sequence from beta to alpha, performing molecular dynamics simulations, single-molecule experiments, etc. These results illuminate how the beta-subunit encodes its conformational change in the P-loop.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

F1-ATPaseはほぼ全ての生物が有し、生命のエネルギー源であるATPを合成する酵素である。F1の構造変化の仕組みを理解することは、生命の制御・設計という観点において、F1の構造変化、すなわちATP合成を制御する技術を構築する上で重要となる。また、F1-ATPaseの構造変化の仕組みを理解することで、蛋白質の構造変化原理の普遍的な理解と、さらには構造変化するタンパク質のデザイン原理の解明につながる。

Report

(5 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results) Book (1 results)

  • [Presentation] Impact of the sequence difference of P-loop on the conformational changes of F1-ATPase2018

    • Author(s)
      Rie Koga, Hiroshi Ueno, Tomoko Masaike, Hiroyuki Noji and Nobuyasu Koga
    • Organizer
      The 79th Okazaki Conference: Synthetic, Biological, and Hybrid Molecular Engines
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] F1-ATPaseの構造変化にα とβ のP-loop配列の違いが及ぼす影響2018

    • Author(s)
      古賀理恵、上野博史, 政池知子, 野地博行, 古賀信康
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Rotation of the engineered F1-ATPase with non-catalytic α-type P-loops2018

    • Author(s)
      上野博史, 古賀理恵、政池知子, 野地博行, 古賀信康
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒンジ領域を非触媒型に置換した触媒サブユニットをもつ F1-ATPase の回転トルクと反応速度2018

    • Author(s)
      佐藤友保, 上野博史, 林久美子, 古賀理恵, 古賀信康, 野地博行, 政池知子
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 回転分子モーターF1-ATPaseの構造変化メカニズムの解明に向けて2017

    • Author(s)
      古賀 理恵、上野 博史、政池 知子、野地 博行、古賀 信康
    • Organizer
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Rotation of the engineered F1-ATPase with α-type P-loop on catalytic β subunit2017

    • Author(s)
      上野 博史、古賀 理恵、政池 知子、古賀 信康、野地 博行
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質分子の合理設計2016

    • Author(s)
      古賀信康
    • Organizer
      東京大学第4回応化談話会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-12-18
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Synthetic approach for understanding molecular motors2016

    • Author(s)
      古賀信康
    • Organizer
      統合バイオ・リトリート
    • Place of Presentation
      三河リゾートサンクス(愛知県西尾市)
    • Year and Date
      2016-11-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子モーターの合理デザイン:ゼロからの創製と自然界のタンパク質の改造2016

    • Author(s)
      古賀信康
    • Organizer
      分子モーター討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学蛋白質研究所(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2016-07-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] A synthetic approach to understanding protein molecules2015

    • Author(s)
      Nobuyasu Koga
    • Organizer
      JST CREST-PRESTO joint international symposium
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-11-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Design of ideal protein structures2015

    • Author(s)
      Nobuyasu Koga
    • Organizer
      The 15th KIAS Conference on Protein Structure and Function, Korea Institute for Advanced Study
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 主鎖二面角パターンによるαβ型タンパク質構造のデザイン2015

    • Author(s)
      Yu-Ru Lin, 古賀理恵, Gaohua Liu, Gaetano T. Montelione, David Baker, 古賀信康
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス (石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Book] 「化学」計算機でゼロからタンパク質をデザイン ―望みのタンパク質分子のテーラーメイド創出を目指して2016

    • Author(s)
      古賀理恵, 古賀信康
    • Total Pages
      80
    • Publisher
      化学同人
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2020-03-30  

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