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Optimization of multiple method baced on neutron reflectometry for analysis of biogenesis of Gram-negative bacterial membrane.

Research Project

Project/Area Number 21KK0126
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionUniversity of Miyazaki

Principal Investigator

Shiota Takuya  宮崎大学, フロンティア科学総合研究センター, 准教授 (20819304)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田岡 東  金沢大学, 生命理工学系, 教授 (20401888)
宮崎 亮次  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (30827564)
竹田 弘法  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (80816588)
Project Period (FY) 2021-10-07 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords大腸菌 / 磁性細菌 / グラム陰性菌 / 膜タンパク質 / マグネトソーム / 中性子反射率法 / BAM複合体 / 外膜 / ベータバレル / マグネットソーム
Outline of Research at the Start

近年、in vivo、in vitroでの解析、また構造生物学や生物物理学的手法の進歩により時間分解能もしくは、空間分解能のどちらかが非常に高い解析が可能となってきたたが、両者を同時に行える手法はまだ未開発である。その候補として、本国際共同研究では、複数の状態変化を内部構造も含めて詳細に解析できる「中性子反射率法」を、この手法の生体高分子への適応の第一人者であるオーストラリア、Monash大学Shen博士とともに実施する。技術適応を目指すモデルタンパク質として、グラム陰性菌の外膜タンパク質輸送装置、BAM複合体と、磁性細菌のマグネトソーム形成タンパク質MamQ、MamI、MamLに着目する。

Outline of Final Research Achievements

This study aims to establish an integrated method for the analysis of biological macromolecules with high spatiotemporal resolution, using five methods: neutron reflectometry, in vivo cross-linking, cryo-EM, high-speed AFM, and in vitro reconstruction experiments using isolated membranes. These analyses have 1) successfully determined the molecular morphology of the substrate-bound unstable state in the BAM complex, 2) captured the detailed interaction state of BepA and the BAM complex, 3) demonstrated that PpiD interacts with DsbA near the Sec complex to assist its function, and 4) identified Amb0998 as a protein that interacts with MamI in magnetosome formation in magnetic bacteria.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、特に国際共同研究によって中性子反射率法による膜タンパク質複合体の解析を進め、その適応範囲の拡大を目指すとともに、その知見を他の手法により確認することで、その有用性の確認に努めた。その結果、BAM複合体と基質の相互作用について非常に不安定な状態のものの分子形態を決定することができた。この状態は、架橋法などの他の方法で確認することができ、その生理的意義も解明した。したがって、中性子反射率法が不安定なタンパク質複合体の分子形態に利用できる方法であることが証明できた。今後、国内の中性子照射施設などでの生命科学研究が加速していくモデルケースとなることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (64 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 9 results) Presentation (51 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 16 results)

  • [Int'l Joint Research] Monash 大学(オーストラリア)

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  • [Presentation] In vivo部位特異的光架橋法によるBamA-BamC相互作用解析2022

    • Author(s)
      丸野友希、Nakajohn Thewasano、中島由香里、Edward Germany、塩田拓也
    • Organizer
      第18回21世紀大腸菌研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] βバレル型膜タンパク質に書き込まれた輸送に必要なシグナルの解明2022

    • Author(s)
      塩田拓也、Edward Germany、丸野友希、Nakajohn Thewasano、中島由香里
    • Organizer
      第18回21世紀大腸菌研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] バクテリアからヒトまで存在するβバレル型膜タンパク質の輸送機構2022

    • Author(s)
      塩田拓也、Edward Germany、Nakajohn Thewasano、丸野友希、今井賢一郎
    • Organizer
      第44回蛋白質と酵素の構造と機能に関する九州シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Discovery of conserved rules of the targeting signal of mitochondrial and bacterial surface proteins2022

    • Author(s)
      塩田拓也
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] バクテリアと私たちを繋ぐ「マイナス5ルール」~βバレル型膜タンパク質に存在する新規シグナルの決定~2022

    • Author(s)
      塩田拓也
    • Organizer
      The 80th Scienc-ome
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] バクテリアの生存を支える表層形成タンパク質の輸送機構2022

    • Author(s)
      塩田拓也、ジャーマニー エドワード、 シェン シンフイ、 リスゴー トレバー
    • Organizer
      第95回日本細菌学会総会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌におけるinternal β-signalが外膜の堅牢性に与える影響2022

    • Author(s)
      塩田拓也
    • Organizer
      2021年度国立遺伝学研究所研究会 「単細胞システムの複製と維持における生体高分子の機能」
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] in vivo光架橋法による内膜タンパク質複合体PpiD/YfgMの機能解析2022

    • Author(s)
      宮崎 亮次
    • Organizer
      2021年度国立遺伝学研究所研究会 「単細胞システムの複製と維持における生体高分子の機能」
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 走査型イオン伝導顕微鏡による生きた細菌表層のナノスケール物性およびその動態の観察2022

    • Author(s)
      渡辺 信嗣, Linhao Sun, 菊池 洋輔, 田岡 東
    • Organizer
      第95回日本細菌学会総会シンポジウム バクテリアの表層変化と生存戦略
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マグネトソーム蛋白質MamJによるMamK細胞骨格の重合制御2022

    • Author(s)
      田岡東, 齋藤拓海, 菊池洋輔
    • Organizer
      第95回日本細菌学会総会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] マグネトソームタンパク質 MamJ によるMamK細胞骨格の重合制御2022

    • Author(s)
      齋藤拓海, 菊池洋輔, 江口友佳子, 田岡東
    • Organizer
      2022年生体運動研究合同班会議
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] マグネトソームの細胞内配置の制御に関わるMamY タンパク質の機能解析2022

    • Author(s)
      下茂 梨乃, 菊池 洋輔, 田岡 東
    • Organizer
      2022年生体運動研究合同班会議
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ミトコンドリアにおけるβバレルタンパク質膜挿入の構造基盤2022

    • Author(s)
      竹田弘法
    • Organizer
      2022年度 日本分子生物学会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] High-speed AFM phase imaging visualized physical behavior of bacterial membrane vesicles in living bacterial cell surface2021

    • Author(s)
      ousuke Kikuchi, Masanori Toyofuku, Nozomu Obana, Nobuhiko Nomura, Azuma Taoka
    • Organizer
      EMBO Workshop Bacterial membrane vesicles: Biogenesis, functions and medical applications
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2025-01-30  

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