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ATP遊離リズムを新規指標とした生物時計の振動子の決定および機能部位の解析

Research Project

Project/Area Number 21K06117
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionToho University (2022-2023)
Fukuoka University (2021)

Principal Investigator

武藤 梨沙  東邦大学, 理学部, 講師 (10622417)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords生物時計 / 藍色細菌 / ATP / 核磁気共鳴法 / 時計タンパク質
Outline of Research at the Start

藍色細菌の生物時計分子装置は、時計タンパク質KaiA、KaiB、KaiCの3つから構成され、試験管内でATPと混合すると、約24時間の自律的振動を生み出す。我々は、KaiCに結合したATPの遊離量が24時間周期ではないものの振動する現象を捉えた。よって、KaiCが時計の振動子であることが強く示唆される。この実験系を用いて、温度補償性、位相のリセット機構について、機能解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

生物時計は、体内の様々な生理活性を約24時間周期で制御する細胞内分子機構である。この生物時計の特性の1つに温度補償性がある。通常の化学反応であれば、反応温度が10度上がると、反応速度は2, 3倍に増加する。しかし、温度補償された分子機構では、ある一定の温度範囲内であれば反応速度は一定である。この温度補償性の現象は実験的に捉えることができるが、その分子機構の詳細については不明である。
シアノバクテリアの生物時計は、構成する時計因子がKaiA、KaiB、KaiCの3つであることから、他の生物の生物時計と比較して最も単純な時計を有していると言える。この生物時計は、3つのKaiタンパク質とATPを試験管内で混合すると、自律的な24時間周期を再現することができ、温度補償性も示す。本年度は、このKaiタンパク質を使って、温度補償性の分子機構の解明を目指した。
まずは、KaiABCの中でも振動子として働くKaiCに着目し、温度補償性に重要なアミノ酸残基の探索を行った。この実験では、温度を変更して測定できること、アミノ酸残基の構造変化を捉えられることが可能な核磁気共鳴(NMR)法を利用した。NMR測定するためには、KaiC全長では分子量が大きすぎるため、ドメインに分割して測定する必要がある。KaiCのN末端ドメインタンパク質(KaiCN)とC末端ドメインタンパク質(KaiCC)を精製し、NMR標識した。それぞれ、293 K、298 K、303 KでTROSY-HSQCの測定を行ったが、測定に用いたタンパク質濃度が低く、十分な分解能を得られなかった。大腸菌でのタンパク質の発現量を上げ、精製試料の収量を上げるため、培養条件、精製条件の細かい条件検討が必要である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2023年度は、産前産後休業を取得したため、その期間の研究に遅れが生じている。

Strategy for Future Research Activity

タンパク質発現向上のため、コンピテントセルの変更や細胞破砕の条件を検討する。これまで、超音波破砕機で細胞を破砕していたが、細胞が破砕しきれておらず、発現タンパク質の多くが遠心分離で不溶性画分に回収されていた。試薬添加や超音波以外の破砕方法を検討することで、回収効率を上げる。
また、昨年度からの実験の引き続きであるATP遊離測定について、変異体を作製したので順次測定を進める。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Soluble domains of cytochrome c-556 and Rieske iron?sulfur protein from Chlorobaculum tepidum: Crystal structures and interaction analysis2023

    • Author(s)
      Kishimoto Hiraku、Azai Chihiro、Yamamoto Tomoya、Mutoh Risa、Nakaniwa Tetsuko、Tanaka Hideaki、Miyanoiri Yohei、Kurisu Genji、Oh-oka Hirozo
    • Journal Title

      Current Research in Structural Biology

      Volume: 5 Pages: 100101-100101

    • DOI

      10.1016/j.crstbi.2023.100101

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamics of the HP1 Hinge Region with DNA Measured by Site-Directed Spin Labeling-EPR Spectroscopy2023

    • Author(s)
      Suetake Isao、Sato Kazunobu、Sugishita Tomoaki、Mishima Yuichi、Takei Toshiki、Fujiwara Toshimichi、Mutoh Risa、Shinohara Akira、Takui Takeji、Miyata Makoto、Hojo Hironobu、Arata Toshiaki
    • Journal Title

      Applied Magnetic Resonance

      Volume: 54 Issue: 1 Pages: 119-141

    • DOI

      10.1007/s00723-022-01519-2

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy transfer fluctuation observed by single-molecule spectroscopy of red-shifted bacteriochlorophyll in the homodimeric photosynthetic reaction center2022

    • Author(s)
      Kondo Toru、Mutoh Risa、Arai Shun、Kurisu Genji、Oh-oka Hirozo、Fujiyoshi Satoru、Matsushita Michio
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 156 Issue: 10 Pages: 105102-105102

    • DOI

      10.1063/5.0077290

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural dynamics of the chromo-shadow domain and chromodomain of HP1 bound to histone H3K9 methylated peptide, as measured by site-directed spin-labeling EPR spectroscopy2021

    • Author(s)
      Suetake Isao、Nakazawa Shigeaki、Sato Kazunobu、Mutoh Risa、Mishima Yuichi、Kawakami Toru、Takei Toshiki、Watanabe Mikio、Sakai Norio、Fujiwara Toshimichi、Takui Takeji、Miyata Makoto、Shinohara Akira、Hojo Hironobu、Arata Toshiaki
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 567 Pages: 42-48

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.06.010

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 時間振動に伴う時計タンパク質の動的構造変化2022

    • Author(s)
      武藤梨沙、田鹿良介、飯田高広、石浦正寛、三野広幸
    • Organizer
      電子スピンサイエンス学会SEST2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Rhythmic ATP release from the cyanobacterial circadian clock protein KaiC revealed by real-time monitoring of bioluminescence2021

    • Author(s)
      Mutoh R, Iida T., Onai K.
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Structural study of heterochromatin protein 1 toward chemical synthesis2021

    • Author(s)
      Mutoh R, So M., Kawakami T., Takei T., Hojo H., Fujiwara T., Arata T., Suetake I.
    • Organizer
      22nd International Society of Magnetic Resonance Conference
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Analytical Techniques for the Elucidation of Protein Function (Biological Applications of EPR)2023

    • Author(s)
      Suetake Isao, Risa Mutoh, Yuichi Mishima, Masatomo So, Hironobu Hojo
    • Total Pages
      26
    • Publisher
      Wiley
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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