| 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 |
横山 謙 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 2022)
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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 | V-ATPase / 回転分子モーター / ATP synthase / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / bioenergetics / ATP合成酵素 / 生体エネルギー変換 / ATP / 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 Annual Research Achievements |
R4年度では、クライオ電子顕微鏡により、 ATPの加水分解で回転する様子を再現することに成功した (Nature Communications, 2022). この研究成果から、３つある触媒部位で ATPの加水分解過程の１部が別々かつ同時に起こることで中心回転軸が回転し、効率よくATPの加水分解エネルギーを回転力に変換することを明らかにした。しかしながら、ATPがない状態の V/A-ATPase に ATPが結合した場合、１分子のATPだけで回転が起こる必要があり、このような１触媒部位による回転の報告はない。今回、初期状態の V/A-ATPaseが連続的に回転できる状態に至るスターター機構を解明するために、時間分解能スナップショット解析を行った．この結果、１．開いた部位に結合した ATPのみで 120度回転するが、回転前構造の滞留時間が長い。２．開いた部位に加え、閉じた部位にATPが結合した構造は、30秒後には消失していることから、この構造の滞留時間が短く、すなわち、回転前構造の滞留時間が短い。３．V/A-ATPase の全体構造は強固で、ATPが結合して 120度回転が起こることで、次の部位に ATPが結合し、３分子の ATPが結合した定常状態になる。４．V/A-ATPase の構造変化は離散的に起こり、FoF1 で見られた遷移的な開いた構造 (PNAS Nexus, 2022)を経ずに、基底状態から定常状態へ変化する。
これらの結果は、ATPの結合に加えて、結合した ATPの加水分解過程も回転力発生に関与することを示唆する。R5年度では、FoF1ATP合成酵素に関しても同様のクライオスナップショット解析を行い、より細かいステップを経て回転することを明らかにした (Nature Communications, 2023)
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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