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Observation of chaperone-like glycolipid MPIase behavior on membranes and development of membrane protein integration enhancers

Research Project

Project/Area Number 20K05738
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 37020:Chemistry and chemical methodology of biomolecules-related
Research InstitutionSuntory Foundation for Life Sciences

Principal Investigator

Fujikawa Kohki  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・構造生命科学研究部, 研究員 (50755874)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords膜タンパク質膜挿入 / 糖鎖シャペロン / シャペロン様糖鎖 / 構造活性相関 / 糖脂質 / シャペロン / 膜たんぱく質 / 膜挿入
Outline of Research at the Start

MPIase(Membrane Protein Integrase)は大腸菌の内膜から同定された新規の糖脂質で、膜タンパク質の膜挿入活性をもつ。我々は、MPIaseの活性要因として、糖鎖部のシャペロン様(疎水性タンパク質の凝集を抑制する)活性と、脂質部を介した膜の流動促進活性を見出し、作用機構を報告した。本研究では、蛍光MPIase類縁体を用いて、より詳細な膜タンパク質膜挿入機構を明らかにするとともに、膜タンパク質の再構成(膜挿入)効率を高める人工糖鎖シャペロンを創製する事を目的とする。

Outline of Final Research Achievements

To elucidate the mechanism of action of the glycolipid MPIase, which inserts membrane proteins into the inner membrane of E. coli, various MPIase analogues were chemically synthesized and structure-activity relationship studies were performed using homogeneous samples. As a result, we demonstrated that, as a translocon-independent membrane protein integration of E. coli, the glycan moiety of MPIase captures the nascent protein synthesized from the ribosome, inhibits its aggregation, guides it to the membrane surface by pyrophosphate, and then inserts it into the inner membrane, where it is transferred to the membrane chaperone YidC to regenerate its own insertion activity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

膜タンパク質は全ての生物に存在し、膜タンパク質膜挿入の基本的なメカニズムは全生物に保存されている。我々は、大腸菌をモデル生物として、糖脂質MPIaseが関与する膜タンパク質の膜挿入機構の一端を明らかにした。糖脂質MPIaseは糖鎖でありながら、タンパク質の凝集を抑制する活性を持ち、膜タンパク質の膜挿入を行う。さらに、膜シャペロンYidCと連携してタンパク質の膜挿入効率を高めることが明らかとなった。本成果は、大腸菌における糖脂質の新しい役割を示すとともに、糖鎖構造をモチーフとしたタンパク質凝集抑制剤の開発や膜タンパク質再構成技術の向上にも応用が期待される。

Report

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

    (11 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Structural Requirements of a Glycolipid MPIase for Membrane Protein Integration2023

    • Author(s)
      Kohki Fujikawa, Youjung Han, Tsukiho Osawa, Shoko Mori, Kaoru Nomura, Maki Muramoto, Ken-ichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
    • Journal Title

      Chemistry A European Journal

      Volume: - Issue: 30

    • DOI

      10.1002/chem.202300437

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Role of a bacterial glycolipid in Sec-independent membrane protein insertion2022

    • Author(s)
      Nomura K, Mori S, Fujikawa K, Osawa T, Tsuda S, Yoshizawa-Kumagaye K, Masuda S, Nishio H, Yoshiya T, Yoda T, Shionyu M, Shirai T, Nishiyama KI, Shimamoto K.
    • Journal Title

      Sci Rep.

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 12231-12231

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16304-1

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Intermolecular Interactions between a Membrane Protein and a Glycolipid Essential for Membrane Protein Integration2022

    • Author(s)
      Mori Shoko、Nomura Kaoru、Fujikawa Kohki、Osawa Tsukiho、Shionyu Masafumi、Yoda Takao、Shirai Tsuyoshi、Tsuda Shugo、Yoshizawa-Kumagaye Kumiko、Masuda Shun、Nishio Hideki、Yoshiya Taku、Suzuki Sonomi、Muramoto Maki、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 17 Issue: 3 Pages: 609-618

    • DOI

      10.1021/acschembio.1c00882

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A bacterial glycolipid essential for membrane protein integration2022

    • Author(s)
      Fujikawa Kohki、Mori Shoko、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
    • Journal Title

      Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry

      Volume: 81 Pages: 95-129

    • DOI

      10.1016/bs.accb.2022.09.005

    • ISBN
      9780323985888
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 大腸菌膜タンパク質膜挿入に必須な糖脂質MPIaseの構造活性相関研究2022

    • Author(s)
      藤川 紘樹, Han Youjung, 大澤 月穂, 森 祥子, 野村 薫, 西山 賢一, 島本 啓子
    • Organizer
      日本糖質学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌糖脂質の希少性、不均一性に化学合成で挑む2022

    • Author(s)
      藤川 紘樹
    • Organizer
      日本糖質学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌膜タンパク質の膜挿入機構解明を目的とした糖脂質MPIase類縁体の合成2022

    • Author(s)
      〇藤川、大澤、西山、島本
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度京都大会 (オンライン)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 大腸菌タンパク質膜挿入に必須な糖脂質MPIaseの活性部分構造と作用機構の解明2021

    • Author(s)
      〇藤川、韓、大澤、森、野村、西山、島本
    • Organizer
      第40回日本糖質学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Syntheses of Partial Structures of Glycolipid MPIase Essential for Membrane Protein Integration in E. col2021

    • Author(s)
      Kohki Fujikawa
    • Organizer
      Asian Carbohydrate Chemistry and Glycobiology Webinar
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] サントリー生命科学財団 業績リスト

    • URL

      https://www.sunbor.or.jp/rd/result/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] サントリー生命科学財団 生物有機科学研究所 構造生命科学研究部 業績

    • URL

      http://www.sunbor.or.jp/rd/file/l01_2020.pdf

    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

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

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