Elucidation of sodium translocation mechanism of Na+-pumping NADH-ubiquinone oxidoreductase from Vibrio cholerae
| Project/Area Number |
22K14837
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
桝谷 貴洋 京都大学, 農学研究科, 助教 (80803775)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
|
|---|
| Keywords | 呼吸鎖酵素 / ユビキノン / Cryo-EM / コレラ菌 / ケミカルバイオロジー / 呼吸鎖 / NADH-キノン酸化還元酵素 / ナトリウム輸送 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素（Na+-NQR）は、基質の酸化還元と共役してNa+の能動輸送を行う膜タンパク質複合体である。2014年にコレラ菌Na+-NQRのX線結晶構造が報告されたが、酸化還元を担うコファクター間の距離が異常に長く、分子レベルでの反応メカニズム、特に、基質の酸化還元とNa+輸送の共役メカニズムについてはほとんど未解明のままである。本研究では、生合理的にデザインした構造系統的な合成キノン類縁体を用いて、Na+輸送に要求される側鎖構造因子を明らかにするとともに、cryo-電子顕微鏡により得る構造情報と併せてキノン還元とNa+輸送の共役メカニズムの解明を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
ナトリウムイオン輸送型NADH-キノン酸化還元酵素（NQR）は、基質の酸化還元と共役してナトリウムイオンの能動輸送を行う膜タンパク質複合体である。2022年度は基質の酸化還元とナトリウムイオン輸送の共役メカニズムを調べるため、様々な側鎖構造を有するキノン類を合成し、活性を評価した。活性評価にはコレラ菌由来NQRを再構成したプロテオリポソームを用い、キノン類ごとの還元活性と膜電位形成を定量的に測定した。その結果、炭素鎖が３つよりも短い側鎖を有するキノン類では還元は観察されるにも関わらず、ナトリウムイオンが輸送されないことがわかった。この知見は、キノンの側鎖構造が輸送に決定的な役割を担っていることを意味するものであった。
次にキノン還元とナトリウムイオン輸送の共役メカニズムを明らかにするために、NQRとキノンの結合状態を調べることとした。その予備段階として、キノン非結合型のNQRの構造をcryo-EMを用いた単粒子解析法による構造解析を実施し、3.1Å分解能で構造を決定した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究で、キノン還元とナトリウムイオン輸送の共役に必要なキノン側鎖の構造を明らかにした。また、cryo-EMを用いた単粒子解析法によりNQRの構造を決定できた。このような理由から、研究は概ね順調に推移していると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2022年度にcryo-EMを用いてキノン非結合型のNQRの構造を決定できた。そこで2023年度は、キノン結合型や酵素が還元された状態等、様々な構造情報を得ることでキノン還元とナトリウムイオン輸送の共役メカニズムを明らかにする。また、結合親和性が低い基質（キノン）の結合型構造を取得することが困難であった場合、キノン側鎖に光親和性基を導入したキノンプローブ分子を用いて、キノン側鎖の結合部位をアミノ酸残基レベルで明らかにする。
|
Report
(1 results)
Research Products
(19 results)
