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Structural analysis of V-ATPase by cryo-EM

Research Project

Project/Area Number 22KJ2042
Project/Area Number (Other) 20J00162 (2020-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2020-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中西 温子 (2020-2021, 2023)  大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 研究員

Research Fellow 中西 温子 (2022)  大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥826,101 (Direct Cost: ¥635,462、Indirect Cost: ¥190,639)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
KeywordsV-ATPase / Cryo-EM / Cryo-electron microscopy / 低温電子顕微鏡 / 構造解析 / Cryo-electron tomography
Outline of Research at the Start

本研究は、ATPのエネルギーで動作するプロトンポンプであるV-ATPase (液胞型 ATPase、以下VoV1と記す) の構造を低温電子顕微鏡 (以下、Cryo-EMと記す) を用いた構造解析により解明し、その機能を理解しようとするものである。この目的達成のため、本研究では細胞から単離・精製したVoV1の構造を単粒子解析で明らかにするとともに、細胞内におけるVoV1の構造をトモグラフィー解析により可視化する。より生体内に近いVoV1の構造情報を得ることができれば、VoV1を標的とした合理的な創薬に繋がる可能性がある。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ATPのエネルギーで動作するプロトンポンプであるV-ATPase (液胞型 ATPase、以下VoV1と記す) の構造を、低温電子顕微鏡 (以下、 Cryo-EMと記す) を用いた構造解析により解明することを目的として行った。この目的達成のため、VoV1を細胞から単離するための精製手法の開発に取り組み、ラット脳組織からVoV1を精製することができた。精製したラット脳組織由来VoV1について、Cryo-EMを用いた単粒子解析を行った結果、VoV1の全体構造とともに、その阻害剤結合型構造を示すことができた。さらに、本研究で得られたVoV1の調製方法を他の細胞種に応用することで、細胞内局在の異なるVoV1を調製することができた。
細胞内オルガネラであるシナプス小胞を対象としたクライオ電子線トモグラフィー(Cryo-ET)については、高分解能構造解析のためのトモグラム再構成方法の検討を行った。結果、良好なトモグラムを再構成することはできなかったものの、高分解能構造解析を行うためのCryo-ET試料の調製や解析手法に関して多くの予備的知見を得ることができた。このような知見は、VoV1だけではなく、様々な細胞内膜タンパク質のCryo-ET解析においても活用できると期待できる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (16 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Structures of multisubunit membrane complexes with the CRYO ARM 2002022

    • Author(s)
      Gerle Christoph、Kishikawa Jun-ichi、Yamaguchi Tomoko、Nakanishi Atsuko、?oruh Orkun、Makino Fumiaki、Miyata Tomoko、Kawamoto Akihiro、Yokoyama Ken、Namba Keiichi、Kurisu Genji、Kato Takayuki
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: 71 Issue: 5 Pages: 249-261

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfac037

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural basis of unisite catalysis of bacterial F0F1-ATPase2022

    • Author(s)
      Nakano Atsuki、Kishikawa Jun-ichi、Nakanishi Atsuko、Mitsuoka Kaoru、Yokoyama Ken
    • Journal Title

      PNAS Nexus

      Volume: 1 Issue: 3

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgac116

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural snapshots of V/A-ATPase reveal the rotary catalytic mechanism of rotary ATPases2022

    • Author(s)
      Kishikawa J.、Nakanishi A.、Nakano A.、Saeki S.、Furuta A.、Kato T.、Mistuoka K.、Yokoyama K.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1213-1213

    • DOI

      10.1038/s41467-022-28832-5

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mechanical inhibition of isolated Vo from V/A-ATPase for proton conductance2020

    • Author(s)
      Kishikawa Jun-ichi、Nakanishi Atsuko、Furuta Aya、Kato Takayuki、Namba Keiichi、Tamakoshi Masatada、Mitsuoka Kaoru、Yokoyama Ken
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 9 Pages: 1-20

    • DOI

      10.7554/elife.56862

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 単粒子クライオ電顕法により得られたV-ATPase中間体構造の分類法評価2024

    • Author(s)
      中西温子、岸川淳一、横山謙、光岡薫
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第80回学術講演会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural snapshots of V/A-ATPase reveal the rotary catalytic mechanism of rotary ATPases.2022

    • Author(s)
      岸川淳一、中西温子、中野敦樹、横山謙
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural basis on the rotary mechanism of Vo domain by proton translocation2022

    • Author(s)
      西田結衣、岸川淳一、中西温子、中野敦樹、横山謙
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Basis of the Chemo-Mechanical Coupling Mechanism in the ATP-Driven Rotation of ATP Synthase FoF12022

    • Author(s)
      中野敦樹、岸川淳一、中西温子、横山謙
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      第60回日本生物物理学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 好熱菌FoF1の動的解析によって回転機構を明らかにする2022

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      中野敦樹、中西温子、岸川淳一、横山謙
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      生体運動研究合同班会議
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] アクチン繊維とファシン複合体のクライオ電子線トモグラフィーとサブトモグラム平均化2021

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      中西温子、梶村直子、栗田俊、安永卓生、光岡薫
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      2021 Annual Research Report
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      中野敦樹、中西温子、岸川淳一、横山謙
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      第 94 回 日本生化学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析によるATPγS存在下V/A-ATPaseの中間体構造2021

    • Author(s)
      佐伯詩織、岸川淳一、中西温子、中野敦樹、横山謙
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      第 94 回 日本生化学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural intermediates in rotary V/A-ATPase from initial to steady state visualized by time-resolved cryo-electron microscopy2021

    • Author(s)
      中西温子、岸川淳一、西澤知宏、光岡薫、横山謙
    • Organizer
      第 59 回 日本生物物理学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 結核菌FoF1の発現・精製系の構築2020

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      佐伯詩織、中西温子、横山謙
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      第46回日本生体エネルギー研究会討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 好熱菌 V 型 ATP 合成酵素のATP加水分解待ち構造の解析2020

    • Author(s)
      中野敦樹、佐伯詩織、中西温子、岸川淳一、横山謙
    • Organizer
      第46回日本生体エネルギー研究会討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Cryo-EM structure of Thermus thermophilus V/A-ATPase during the rotational catalysis2020

    • Author(s)
      中西温子、岸川淳一、光岡薫、横山謙
    • Organizer
      第58回日本生物物理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] クライオ電子線トモグラフィー法からの糸状仮足中のアクチン繊維とファシンのサブトモグラム平均化2020

    • Author(s)
      中西温子、梶村直子、栗田俊、安永卓生、光岡薫
    • Organizer
      第58回日本生物物理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanical inhibition of isolated Vo from V/A-ATPase for proton conductance2020

    • Author(s)
      岸川淳一、中西温子、古田綾、加藤貴之、難波啓一、玉腰雅忠、光岡薫、横山謙
    • Organizer
      第58回日本生物物理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノディスクに再構成した好熱菌由来 V/A-ATPase の単粒子解析2020

    • Author(s)
      中西温子、岸川淳一、横山謙、光岡薫
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第76回学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] クライオ電子線トモグラフィー法によるF-アクチンとファシンの細胞内構造可視化2020

    • Author(s)
      中西温子、梶村直子、安永卓生、光岡薫
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第76回学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] クライオ電子顕微鏡によりATP合成酵素 FoF1 のスタートアップ機構を解明

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      http://www.protein.osaka-u.ac.jp/achievements/20220715/

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      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] クライオ電子顕微鏡によりATP合成酵素FoF1のスタートアップ機構を解明

    • URL

      https://www.kyoto-su.ac.jp/news/20220715_345_release_ka01.html

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      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] クライオ電子顕微鏡によるスナップショットにより回転分子モータータンパク質の回転機構を解明

    • URL

      https://www.kyoto-su.ac.jp/news/2022_ls/20220325_400a_ronbun.html

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      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-12-25  

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