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Dynamic analysis of precursor proteins passing through the translocase of the mitochondrial outer membrane complex

Research Project

Project/Area Number 20H02583
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 28040:Nanobioscience-related
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

Araiso Yuhei  金沢大学, 保健学系, 助教 (20753726)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Keywordsミトコンドリア / タンパク質輸送 / TOM複合体 / 膜タンパク質複合体 / 高速原子間力顕微鏡 / 前駆体タンパク質 / 膜透過装置
Outline of Research at the Start

TOM複合体はミトコンドリア外膜に存在する膜タンパク質複合体である。TOM複合体はミトコンドリアへのタンパク質搬入ゲートとして機能し、サイトゾルで合成されたミトコンドリアタンパク質の約99%はTOM複合体を通ってミトコンドリアへ取り込まれる。本研究では、100ミリ秒の時間分解能とナノメートルの空間分解能で膜タンパク質の動的構造解析が可能な高速原子間力顕微鏡 (HS-AFM) 解析によって、動作中のTOM複合体のダイナミクスを解析する。TOM複合体が構造変換を繰り返しながら、多様な前駆体タンパク質を輸送する分子機構を1分子レベルで可視化し、ミトコンドリアへのタンパク質輸送機構を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The TOM complex was purified from a yeast overexpressing strain. HS-AFM analysis demonstrated that the purified TOM complex forms a trimeric structure in solution and tends to dissociate into a stable core-dimer and a peripheral monomer. Furthermore, we succeeded in real-time imaging of interaction between the TOM complex and mitochondrial precursor proteins, in which a substrate protein is added to the TOM complex under HS-AFM observation. We are currently attempting to identify the substrate-binding region of the TOM complex by applying various substrates.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

TOM複合体は3量体と2量体の二つの分子種が混在した不均一状態であり、TOM複合体の機能の実態に迫るには、狙ったフォームだけを取り出して1分子解析する新規手法の確立が必要である。我々はHS-AFMを用いて3量体TOM複合体の解離と基質認識機構を観察し、従来手法では解析することの難しかったTOM複合体のダイナミクスを可視化することができた。本成果を起点にTOM複合体の新たな分子機構解明が期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Structural overview of the translocase of the mitochondrial outer membrane complex2022

    • Author(s)
      Araiso Y, Imai K, Endo
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 19 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0022

    • ISSN
      2189-4779
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Role of the TOM complex in Protein Import into Mitochondria: Structural Views2022

    • Author(s)
      Yuhei Araiso, Kenichiro Imai, Toshiya Endo
    • Journal Title

      Annual Review of Biochemistry

      Volume: 91 Issue: 1 Pages: 679-703

    • DOI

      10.1146/annurev-biochem-032620-104527

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural snapshot of the mitochondrial protein import gate2021

    • Author(s)
      Araiso Y, Imai K, Endo T
    • Journal Title

      FEBS J

      Volume: - Issue: 18 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1111/febs.15661

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ミトコンドリアタンパク質搬入ゲートTOM複合体の構造とダイナミクス2023

    • Author(s)
      荒磯裕平、小林菜々子、Romain Amyot、九笹加菜、今井大達、川合志朋、今井賢一郎、 稲津明広、古寺哲幸、遠藤斗志也
    • Organizer
      令和4年度生物物理学会中部支部講演会(名古屋)
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      小林菜々子、九笹加菜、今井大達、川合志朋、槙野愛実、稲津明広、古寺哲幸、遠藤斗志也、荒磯裕平
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      荒磯裕平、九笹加菜、小林菜々子、今井大達、槙野愛実、稲津明広、古寺哲幸、遠藤斗志也
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      九笹加菜、小林菜々子、今井大達、槙野愛実、稲津明広、古寺哲幸、遠藤斗志也、荒磯裕平
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      第22回日本蛋白質科学会年会(筑波)
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      九笹 加菜、小林 菜々子、今井 大達、槙野 愛実、稲津 明広、古寺 哲幸、遠藤 斗志也、荒磯 裕平
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      第22回日本蛋白質科学会年会
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      Kana Kuzasa, Hirotatsu Imai, Noriyuki Kodera, Akihiro Inazu, Toshiya Endo, Yuhei Araiso
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      第44回日本分子生物学会
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      荒磯裕平
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  • [Presentation] Structure of the mitochondrial protein import gate reveals distinct protein path2020

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      荒磯裕平
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      第20回日本蛋白質科学会年会 若手奨励賞シンポジウム
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  • [Remarks] 金沢大学 研究者情報

    • URL

      https://ridb.kanazawa-u.ac.jp/public/detail.php?id=4773

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  • [Remarks] 金沢大学医薬保健研究域保健学系 検査技術科学専攻 教員紹介

    • URL

      https://lab-science.w3.kanazawa-u.ac.jp/member-araiso.html

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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