新規手法による膜タンパク質の組込みおよびフォールディング過程の解明

• Project/Area Number: 22710208
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Living organism molecular science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 陽子 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40455803)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2011: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2010: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: イオン輸送体 / イオンチャネル / 膜タンパク質 / トポロジー

Research Abstract

膜タンパク質は生体外シグナルの最初の窓口であるため、膜タンパク質の機能解析は様々な生体反応の研究において大変重要な課題である。なかでもチャネルやトランスポーターなどの膜輸送体は、5大疾病をはじめ多くの疾病に関与する膜タンパク質であるほか、高等植物においては成長・細胞の増殖・気孔の開閉調節を担い耐塩性関連タンパク質として機能するなど、医学的・農学的に注目されている。このように膜タンパク質は生物化学分野において重要な研究対象であるが、生体膜上に存在して疎水性が高いという性質ゆえに発現および精製が困難であり、解析が遅れがちであった。以上を踏まえ本研究では、好熱菌由来の膜電位依存性K^+チャネル(KvAP)および大腸菌由来K^+輸送体(Kup)を解析対象として無細胞合成および機能解析を行い、膜輸送体の生体内機能の解明を図った。
好熱菌由来KvAPの膜電位センサーの組込み様式について、ウサギ網状赤血球由来蛋白質合成系およびイヌ膵臓由来の粗面小胞体を用いたin vitro解析を行った結果、KvAP S4にはN末端側を小胞体内腔へトランスロケートさせる活性(SA-I活性)が見出された。しかし、KvAP S4のSA-I活性は比較的弱いものであったため、S4およびS3の正常な組込みには、S3-S4間のループ長が短いことおよび静電相互作用の寄与が必要なことが示唆された。大腸菌由来Kupの各疎水領域のC末端側にアルカリフォスファターゼ(PhoA)接続したPhoA融合Kupを作成し、大腸菌発現系を用いて膜貫通構造の解明を行った結果、Kupは12回膜貫通構造から成ることが分かった。また、KupのK輸送機能活性には、少なくともN末端から第7疎水部位までの領域が必須であることが分かった。
以上の成果より、膜電位依存性K^+チャネルおよびK^+輸送体の構造形成過程および機能部位を明らかにすることができた。

Research Products

• [Journal Article] 植物と微生物の駆動力と膜輸送体 (2012)
  • Author(s): 浜本晋, 七谷圭, 佐藤陽子, 魚住信之
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 50 Pages: 86-92
• [Journal Article] Phytosiderophore efflux transporters are crucial for iron acquisition in graminaceous plants (2011)
  • Author(s): Nozoye, T., Nagasaka, S., Kobayashi, T., Takahashi, M., Sato, Y., Sato, Y., Uozumi, N., Nakanishi, H., Nishizawa, NK
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Pages: 5446-5454
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 無細胞膜組込み系を用いたTail-anchor型膜タンパク質とマルチスパン膜タンパク質の解析 (2012)
  • Author(s): 佐藤陽子、相澤圭師、三島枝里子、江連徹、安藤英治、阪口雅郎、魚住信之
  • Organizer: 日本農芸化学会2012年度大会
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 耐塩性に関与するArabidopsis CBLの脂質修飾の解析 (2012)
  • Author(s): 武藤潤、佐藤陽子、小林(田渕)真由美、松浦愛子、山内清司、戸澤譲、内海俊彦、魚住信之
  • Organizer: 第53回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] Tail-anchor型膜タンパク質の小胞体標的化機構の解析 (2011)
  • Author(s): 相澤圭師、佐藤陽子、江連徹、安藤英治、Gunnar von Heijne、魚住信之
  • Organizer: 第77回日本生化学会東北支部会例会
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2011-07-23
• [Presentation] CDPK/CPK-SnRKとCBLの膜移行シグナルとなる脂質修飾の解析 (2011)
  • Author(s): 武藤潤、佐藤陽子、小林(田渕)真由美、安藤陸仁、山内清司、戸澤譲、内海俊彦、魚住信之
  • Organizer: 第52回日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2011-03-20
• [Presentation] Membrane insertion of voltage sensor-domains of Kv channels (2011)
  • Author(s): Mishima E., Sato Y., Zhang, L., von Heijne, G., Lee, J-K., Narita, Y., Sakaguchi, M., Uozumi, N
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Biddeford, USA
• [Presentation] Tail-anchor型膜タンパク質のER膜標的化および膜挿入における電荷残基の役割の解析 (2010)
  • Author(s): 佐藤陽子, 相澤圭師, 小林(田渕)真由美, 吉村昌一郎, 魚住信之
  • Organizer: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸市
• [Patent(Industrial Property Rights)] 無細胞タンパク質合成系に関する迅速化法 (2011)
  • Inventor(s): 安藤英治、江連徹、佐藤陽子、魚住信之
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社島津製作所、国立大学法人東北大学
  • Industrial Property Number: 2011-144159
  • Filing Date: 2011-06-29