生物時計ナノ装置の原子レベルでの解明

• Project/Area Number: 19037014
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 石浦 正寛 Nagoya University, 遺伝子実験施設, 教授 (20132730)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥5,600,000 (Direct Cost: ¥5,600,000); Fiscal Year 2008: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2007: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
• Keywords: 生物時計 / 慨日リズム / 時計タンパク質 / ナノバイオ / ナノマシン / 自己リン酸化 / ATPase活性 / 概日リズム / DNA結合タンパク質

Research Abstract

藍色細菌の時計タンパク質KaiCを生化学的、遺伝学的に解析し、KaiCが極めて微弱なATPase活性を有することを発見した。KaiCはN末端ドメインとC末端ドメインの2つのドメインからなり、共に一セットのATPaseモチーフを持っているので、ATPase活性の存在が推測されていたが、あまりに活性が微弱なため、これまでその存在は証明することができなかった。今回、好熱性藍色細菌Thermosynechococcus elongatus由来のKaiCを極めて高度に精製することに成功し、KaiCの2つのドメインが共に極微弱なATPase活性を有すること明らかにした。この活性が大腸菌由来のATPaseの混入によるものでないことは、ATPaseモチーフにアミノ酸置換変異を導入したKaic変異体ではその活性が完全に消失することで確認した。極めて興味深いことにKaiC ATPase活性は反応温度を変えても変化しなかった(温度非感受性)。生物時計の周期(速度)は温度に依存せず温度補償されているので、時計のこの特性の少なくとも一部はATPase活性の温度非感受性(温度補償性)で説明できるのかも知れない。アミノ酸置換変異を導入してリン酸化サイトをつぶしたKaiC変異体では、この温度非感受性が失われた。

Research Products

• [Journal Article] Identification and characterization of the Na^+/H^+ antiporter Nhas 3 from the thylakoid membrane of Synechocystissp. PCC 6803 (2009)
  • Author(s): Tsunekawa K, Shijuku T, Hayashimoto M, Kojima Y, Onai K, Morishita M, Ishiura M, Kuroda T, Nakamura T, Kobayashi H, Sato M, Toyooka K, Matsuoka K, Omata T, Uozumi N.
  • Journal Title: J Biol Chem. 284(In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functionally important structural elements of the cyanobacterial clock-related protein Pex (2009)
  • Author(s): Kurosawa S, Murakami R, Onai K, Morishita M, Hasegawa D, Iwase R, Uzumaki T, Hayashi F, Kitajima-Ihara T, Sakata S, Murakami M, Kouyama T. Ishiura M.
  • Journal Title: Genes Cells 14 Pages: 1-16
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ATPase activity and its temperature compensation of the cyanobacterial clock protein KaiC (2008)
  • Author(s): Murakami R, Miyake A, Iwase R, Hayashi F, Uzumaki T, Ishiura M.
  • Journal Title: Genes Cells 13 Pages: 387-395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A systematic forward genetic analysis reveals components of the Chlamydomonas cicradian system (2008)
  • Author(s): Matsuo T, Okamoto K, Onai K, Niwa Y, Shimogawara K., Ishiura M.
  • Journal Title: Gene Dev. 22 Pages: 918-930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 真核生物における生物時計の新しい実験系 : クラミドモナス (2008)
  • Author(s): 松尾拓哉、石浦正寛
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素 53 Pages: 1873-1880
  • NAID: 40016306374
• [Journal Article] A systematic forward genetic analysis identified components of the Chlamydomonas circadian system. (2008)
  • Author(s): Matsuo, et. al.,
  • Journal Title: Genes Dev. 22 Pages: 918-930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ATPase activity and its temperature compensation of the cyanobacterial clock protein KaiC. (2008)
  • Author(s): Murakami, et. al.,
  • Journal Title: Genes to Cells 13 Pages: 387-395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The circadian clock-related gene pex regulates a negative cis element in the kaiA promoter region. (2007)
  • Author(s): Kutsuna, et. al.,
  • Journal Title: J. Bacteriol. 189 Pages: 7690-7696
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A compact multi-channel apparatus for automated real-time monitoring of bioluminescence. (2007)
  • Author(s): Okamoto, et. al.,
  • Journal Title: J Biochem Biophys Methods 70 Pages: 535-553
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SDSL-ESR study of the cyanobacterial clock protein (2008)
  • Author(s): Kentaro Ishii
  • Organizer: GCOE若いちからシンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2008-03-05
• [Presentation] Systematic identification of circadian clock components in the Chlamydomonas reinhardtii. Invited talk (2008)
  • Author(s): Matsuo T, Okamoto K, Onai K, Niwa Y. Shimoeawara K. Ishiura M.
  • Organizer: The 13^<th> international Chlamydomonas conference
  • Place of Presentation: Hyeres-les-Palmiers, France
• [Presentation] 好熱性藍色細菌時計タンパク質KaiBの生化学機能解析 (2007)
  • Author(s): 武藤梨沙
  • Organizer: 第71回日本生化学会中部支部会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-05-19
• [Presentation] 生物時計ナノ装置の原子レベルでの解明、 (2007)
  • Author(s): 石浦正寛
  • Organizer: 特定領域研究「生体ナノシステム」班会議、
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター
• [Presentation] 時計タンパク質KaiCのATPase活性 (2007)
  • Author(s): 村上 怜子
  • Organizer: 日本生物物理学会第45回年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質KaiBのESR解析 (2007)
  • Author(s): 武藤梨沙
  • Organizer: 日本生物物理学会第45回年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Biochemical and structural analysis of the cyanobacterial clock-related protein SasA (2007)
  • Author(s): Jonathan VALENCIA SWAIN
  • Organizer: 日本生物物理学会第45回年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] SDSL-ESR study of the cyanobacterial clock protein (2007)
  • Author(s): Kentaro Ishii
  • Organizer: 日本生物物理学会第45回年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Remarks]
  • URL: http://www.gene.nagoya-u.acjp/~ishiura-g/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.gene.nagoya-u.ac.jp/index-j.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 制御プログラム及び培養装置 (2008)
  • Inventor(s): 石浦正寛、岡本和久
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学総長
  • Acquisition Date: 2008-05-30
• [Patent(Industrial Property Rights)] Apparatus for monitoring bioluminescence of biological samples (2008)
  • Inventor(s): Ishiura M, Okamoto K, Onai K, Furusawa T
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学総長
  • Acquisition Date: 2008-05-30
  • Overseas