Overproduction of functional membrane proteins by improvement of integration factors of E. coli

• Project/Area Number: 16K15083
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: NISHIYAMA Ken-ichi 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SHIMAMOTO Keiko 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所, 主幹研究員 (70235638)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 膜タンパク質 / タンパク質膜挿入 / MPIase / 糖脂質酵素 / CdsA / バイオテクノロジー

Outline of Final Research Achievements

Protein integration into the cytoplasmic membranes of E. coli requires a glycolipid termed as MPIase in addition to a series of proteinaceous factors such as SRP and SecYEG. We found that CdsA that is known to be involved in phospholipid biosynthesis, is also involved in MPIase biosynthesis. CdsA is a rate-limiting enzyme for MPIase biosynthesis, since CdsA depletion causes MPIase depletion and CdsA overproduction causes MPIase overproduction. We constructed a strain, in which not only MPIase, but also SecYEG, SRP and YidC were overproduced. By means of this strain, we achieved overproduction of several membrane proteins including F0c. F0c.

Research Products

• [Journal Article] Cholesterol blocks spontaneous insertion of membrane proteins into liposomes of phosphatidylcholine (2018)
  • Author(s): Shota Nakamura, Sonomi Suzuki, Hiroaki Saito and Ken-ichi Nishiyama
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 163 Issue: 4 Pages: 313-319
  • DOI: 10.1093/jb/mvx083
  • NAID: 40021524045
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular dynamics study of binary POPC bilayers: molecular condensing effects on membrane structure and dynamics (2018)
  • Author(s): Hiroaki Saito, Tetsuya Morishita, Taku Mizukami, Ken-ichi Nishiyama, Kazutomo Kawaguchi, Hidemi Nagao
  • Journal Title: J Physics Volume: in press
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Membrane insertion of F0 c subunit of F0F1 ATPase depends on glycolipozyme MPIase and is stimulated by YidC (2017)
  • Author(s): Nishikawa, H., Sasaki, M., Nishiyama, K.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 487 Issue: 2 Pages: 477-482
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.04.095
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] タンパク質の膜挿入反応と温度依存性 (2017)
  • Author(s): 西山賢一
  • Journal Title: 温度生物学ハンドブック（新学術領域「温度生物学」編） Volume: 1 Pages: 16-16
  • Open Access
• [Journal Article] MPIase, a multi-functional glycolipid involved in protein insertion into and protein translocation across membranes (2016)
  • Author(s): 西山賢一
  • Journal Title: 生化学 Volume: 88 Issue: 6 Pages: 744-747
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2016.880744
  • NAID: 40021054331
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2016-12-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel translocation intermediate allows re-evaluation of roles of ATP, proton motive force and SecG at the late stage of preprotein translocation (2016)
  • Author(s): Nishiyama, K. and Tokuda, H.
  • Journal Title: Gene. Cells Volume: ２１ Issue: 12 Pages: 1353-1364
  • DOI: 10.1111/gtc.12447
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIaseの低温センシングによる発現誘導機構 (2018)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 新学術領域研究「温度生物学」第５回領域会議（東京大学薬学部）
  • Invited
• [Presentation] FLAGタグ融合OmpAを用いた、真核細胞への吸着性をもつ大腸菌の構築 (2018)
  • Author(s): 佐々木 優、福家 浩斗、西山 賢一
  • Organizer: デザイン生命工学研究会第３回大会（今帰仁村コミュニティーセンターホール、沖縄県・今帰仁村）
• [Presentation] Membrane insertion of F0 c subunit of F0F1 ATPase depends on glycolipozyme MPIase and is stimulated by YidC (2018)
  • Author(s): Nishikawa, H., Sasaki, M, Nishiyama, K.
  • Organizer: Gordon Research Conference on Protein Transport Across Cell Membranes. (Hotel Galvez, Galveston, TX, USA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CdsA is involved in biosynthesis of MPIase essential for membrane protein integration in vivo (2018)
  • Author(s): Sawasato, K., Sato, R., Nishikawa, H., Iimura, N., Kamemoto, Y., Fujikawa, K., Yamaguchi, T., Kuruma, Y., Tamura, Y., Endo, T., Ueda, T., Shimamoto, K., Nishiyama, K.
  • Organizer: Gordon Research Conference on Protein Transport Across Cell Membranes. (Hotel Galvez, Galveston, TX, USA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大腸菌膜タンパク質の膜挿入機構解明に向けた糖脂質MPIase部分構造の合成 (2017)
  • Author(s): 藤川紘樹、西山賢一、島本啓子
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] 化学合成標品を用いたタンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIaseの構造と機能の解析 (2017)
  • Author(s): 池田汐里、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] Ochrobactrum sp. AIU 033由来アルコール酸化酵素の高機能化 (2017)
  • Author(s): 松村健児、山田美和、西山賢一、下飯仁、礒部公安
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIaseの低温センシングによる発現誘導機構 (2017)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 新学術領域研究「温度生物学」第３回領域会議
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県・岡崎市）
  • Year and Date: 2017-01-19
• [Presentation] 低温センシングによるタンパク質膜挿入・透過反応関与する糖脂質酵素 MPIase の発現誘導機構解明 (2017)
  • Author(s): 沢里克宏、鈴木苑実、西山賢一
  • Organizer: 第2回温度生物学若手の会
  • Place of Presentation: ホテル東海園（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2017-01-18
• [Presentation] タンパク質膜挿入反応に必須の糖脂質酵素MPIase（Membrane Protein Integrase）発現誘導機構の解析 (2017)
  • Author(s): 鈴木苑実、西山賢一
  • Organizer: 第2回温度生物学若手の会
  • Place of Presentation: ホテル東海園（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2017-01-18
• [Presentation] F0F1-ATPase c サブユニット（F0c）の膜挿入は糖脂質酵素MPIase に依存し、YidC により促進される (2017)
  • Author(s): 西川 華子、佐々木 優、西山 賢一
  • Organizer: 第14回21世紀大腸菌研究会（KKRホテル熱海、静岡県・熱海市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入反応に必須の糖脂質酵素MPIase の低温下おける発現誘導機構の解析 (2017)
  • Author(s): 沢里 克宏、鈴木 苑実、西山 賢一
  • Organizer: 第14回21世紀大腸菌研究会（KKRホテル熱海、静岡県・熱海市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIaseの低温センシングによる発現誘導機構 (2017)
  • Author(s): 沢里 克宏、西川 華子、西山 賢一
  • Organizer: 平成29年度 文部科学省 新学術領域研究 「温度生物学」第４回領域会議（京都大学芝蘭会館、京都市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質MPIaseはTAT（Twin-Arginine Translocation）膜透過にも必須の因子である (2017)
  • Author(s): 西川 華子、西山 賢一
  • Organizer: 平成29年度 文部科学省 新学術領域研究 「温度生物学」第４回領域会議（京都大学芝蘭会館、京都市）
• [Presentation] MPIase生合成酵素CdsA、YnbBの低温下における発現誘導機構の解析 (2017)
  • Author(s): 沢里 克宏、西山 賢一
  • Organizer: 平成29年度 文部科学省 新学術領域研究 「温度生物学」第４回領域会議（京都大学芝蘭会館、京都市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入反応に関与する糖脂質酵素MPIaseの部分化学合成標品を用いた構造と機能の解析 (2017)
  • Author(s): 鈴木 苑実、藤川 絋樹、島本 啓子、西山 賢一
  • Organizer: 第12回 無細胞生命科学研究会（東京大学柏キャンパス図書館、千葉県・柏市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質MPIaseは TAT（Twin-Arginine Translocation）膜透過にも必須である (2017)
  • Author(s): 西川 華子、沢里 克宏、山田 美和、菊池 慶実、西山 賢一
  • Organizer: 第12回 無細胞生命科学研究会（東京大学柏キャンパス図書館、千葉県・柏市）
• [Presentation] 大腸菌におけるタンパク質膜挿入は糖脂質酵素MPIaseに依存し、YidCによって促進される (2017)
  • Author(s): 佐々木 優、松林 英明、車 ゆうてつ、上田 卓也、西山 賢一
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（神戸国際展示場、神戸市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入反応に関与する糖脂質酵素MPIaseは生育に必須である (2017)
  • Author(s): 沢里 克宏、佐藤 諒、西川 華子、飯村 直樹、藤川 鉱樹、山口 敏幸、車 ゆうてつ、田村 康、遠藤 斗志也、上田 卓也、島本 啓子、西山 賢一
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（神戸国際展示場、神戸市）
• [Presentation] F0F1-ATPase cサブユニット（F0-c）の膜挿入の再構成 (2017)
  • Author(s): 西川華子、佐々木優、西山賢一
  • Organizer: デザイン生命工学研究会第2回大会
  • Place of Presentation: 神戸大学統合研究拠点（兵庫県・神戸市）
• [Presentation] タンパク質膜挿入反応に関与する糖脂質酵素MPIase (Membrane Protein Integrase) の生物種間における普遍性の検証 (2017)
  • Author(s): 沢里克宏、飯村直紀、田村康、西山賢一
  • Organizer: デザイン生命工学研究会第2回大会
  • Place of Presentation: 神戸大学統合研究拠点（兵庫県・神戸市）
• [Presentation] in vivo analysis of MPIase (Membrane Protein Integrase) involved in protein integration and translocation (2016)
  • Author(s): Katsuhiro Sawasato, Ryo Sato, Michael Moser, Yasushi Tamura, Tshiya Endo, and Ken-ichi Nishiyama
  • Organizer: Conference on Protein Secretion in Bacteria, Zing Conferences
  • Place of Presentation: Florida (USA)
  • Year and Date: 2016-11-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] F0F1-ATPase c サブユニット（F0-c）の膜挿入の再構成 (2016)
  • Author(s): 西川 華子、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIase 生合成に関する研究 (2016)
  • Author(s): 佐藤 諒、 澤里 克宏、 藤川 紘樹、山口 敏幸、 Moser Michael、 島本 啓子、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] 再構成系を用いたタンパク質膜挿入機構の解明 (2016)
  • Author(s): 佐々木 優、松林 英明、車 兪澈、上田 卓也、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] タンパク膜挿入反応・膜透過反応に関与する糖脂質MPIase (Membrane Protein Integrase) のin vivoにおける機能解析 (2016)
  • Author(s): 沢里 克宏、佐藤 諒、Michael Moser、田村 康、遠藤 斗志也、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] 生体膜における自発的タンパク質膜挿入抑制機構の解明 (2016)
  • Author(s): 中村 匠汰、斎藤 大明、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素MPIase発現誘導機構の解析 (2016)
  • Author(s): 鈴木 苑実、沢里 克宏、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] 無細胞系を基盤とした人工細胞構築のための脂質合成代謝系の実装 (2016)
  • Author(s): 車 兪澈、藤見 麻衣、笠間 健嗣、松林 英明、上田 卓也、西山賢一
  • Organizer: 第11回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: ゆこたんの森（岩手県・雫石町）
  • Year and Date: 2016-10-06
• [Presentation] タンパク質膜挿入阻害による糖脂質酵素MPIase発現誘導機構の解析 (2016)
  • Author(s): 鈴木苑実、沢里克宏、西山賢一
  • Organizer: 第89回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] 低温センシングによるタンパク質膜挿入反応に必須な糖脂質酵素MPIase (Membrane Protein Integrase) の発現誘導機構の解析 (2016)
  • Author(s): 沢里克宏、鈴木苑実、西山賢一
  • Organizer: 平成28年度 新学術領域研究「温度生物学」第１回若手の会
  • Place of Presentation: 北海道大学薬学部（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-06-29
• [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIaseの低温センシングによる発現誘導機構 (2016)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 平成28年度 文部科学省 新学術領域研究 「温度生物学」第２回領域会議
  • Place of Presentation: 札幌市教育文化会館（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-06-28
• [Presentation] タンパク質膜挿入反応に関与する糖脂質酵素MPIase (Membrane Protein Integrase) のin vivoにおける機能解析 (2016)
  • Author(s): 沢里克宏、Michael Moser、佐藤 諒、田村 康、遠藤斗志也、西山賢一
  • Organizer: 第13回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: グリーンピア南阿蘇（熊本県・南阿蘇村）
  • Year and Date: 2016-06-02
• [Presentation] F0F1-ATPase c サブユニット（F0-c）の膜挿入機構の解明 (2016)
  • Author(s): 西川華子、西山賢一
  • Organizer: 第13回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: グリーンピア南阿蘇（熊本県・南阿蘇村）
  • Year and Date: 2016-06-02
• [Remarks] 岩手大学農学部応用生物化学科分子生物学研究室
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/
• [Remarks] Welcome to Nishiyama Lab!
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/
• [Remarks] 分子生物学研究室
  • URL: http://www.agr.iwate-u.ac.jp/lab/%e5%88%86%e5%ad%90%e7%94%9f%e7%89%a9%e5%ad%a6%e7%a0%94%e7%a9%b6%e5%ae%a4/