| Project/Area Number |
20H03231
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
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Principal Investigator |
Yokoyama Ken 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (70271377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
光岡 薫 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 教授 (60301230)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
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| Keywords | ATP / V-ATPase / ATP synthase / molecular motor / CryoEM / bioenergetics / structure biology / 回転分子モーター / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / ATP合成酵素 / 生体エネルギー変換 / ATP 合成酵素 / 構造解析 |
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| Outline of Research at the Start |
V型ATPase (V-ATPase) は、膜横断的なプロトン移動と、ATPの合成もしくは分解をエネルギー共役させる回転分子モータータンパク質である。クライオ EM による単粒子解析は、結晶化条件に拘束されることなく、そのため V-ATPase が働いている様々な溶液条件での構造を得ることを可能とする。さらに構造のクラス分けにより、同じ溶液条件で取りうる複数構造を決定することもできる。飽和ATP濃度条件、加水分解が遅くなる条件、ATP 濃度を低くした ATP 結合待ち条件での構造を明らかにし、触媒サイクルと構造変化の対応付けをすることで、回転触媒機構による ATP合成反応の全容を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
Life contains rotational molecular motor proteins that operate by spinning. These proteins are crucial membrane proteins that maintain cellular homeostasis through ATP (adenosine triphosphate) production and ion transport. Using cryo-electron microscopy (cryo-EM), we captured snapshots of the rotation of V/A-ATPase, a rotary molecular motor protein. By stitching these snapshots together, we revealed how V/A-ATPase rotates, fueled by ATP. This updated model provides valuable insights into the remarkable molecular machinery created by nature.Furthermore, we were able to elucidate the structural basis for the uni-site catalytic mechanism that occurs at one of the three catalytic sites.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究により、ATPで駆動する分子モータータンパク質の仕組みに関する重要な知見を得ることができた。また、ユニサイト触媒の分子基盤、定常状態へと移行する過程を解明することができた。このナノサイズで機能する分子機械の仕組みを理解することで、将来のナノマシーンの駆動部に応用できる人工分子モータータンパク質設計への応用が期待される。
同じ方法で、他のタンパク質の仕組みを解明することが可能であり、今回の研究は、新しいタンパク質研究の世界を切り開く先駆けになる。
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