Structural basis of membrane protein insertion

• Project/Area Number: 24687016
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Functional biochemistry
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology (2013); The University of Tokyo (2012)
• Principal Investigator: TSUKAZAKI Tomoya 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (80436716)
• Research Collaborator: 濡木 理 東京大学, 大学院理学系研究科, 教授 (10272460) ; 熊崎 薫 東京大学, 大学院理学系研究科, 大学院生 ; 千葉 志信 京都産業大学, 総合生命科学部, 准教授 (20523517)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥27,950,000 (Direct Cost: ¥21,500,000、Indirect Cost: ¥6,450,000); Fiscal Year 2013: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2012: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000)
• Keywords: タンパク質 / トランスロコン / 膜組み込み / 膜透過 / YidC / Sec / 膜タンパク質 / 構造生物学 / 蛋白質 / 膜蛋白質 / 構造解析 / 膜組込み / 機能発現 / 機能解析

Research Abstract

Protein integration is an essential process in all living cells. In this study, we determined the crystal structure of YidC, an membrane protein insertase, at 2.4 A resolution and showed by structural-based functional analyses that YidC provides a hydrophilic cavity for membrane protein insertion. Finally, we proposed a new model of the molecular mechanism of YidC-mediated protein insertion into the cytoplasmic membrane.

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for Sec-independent membrane protein insertion by YidC. (2014)
  • Author(s): Kumazaki, K., Chiba, S., Takemoto, M., Furukawa, A., Nishiyama, K., Sugano, Y., Mori, T., Dohmae, N., Hirata, K., Nakada-Nakura, Y., Maturana, A.D., Tanaka, Y., Mori, H., Sugita, Y., Arisaka, F., Ito K., Ishitani, R., Tsukazaki, T. and Nureki, O.
  • Journal Title: Nature Volume: 509 Issue: 7501 Pages: 516-520
  • DOI: 10.1038/nature13167
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF. (2014)
  • Author(s): Kazuhiro Mio (他９名)
  • Journal Title: journal of Structural and Functional Genomics Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for Sec-independent membrane protein insertion by YidC (2014)
  • Author(s): Kaoru Kumazaki (他18名)
  • Journal Title: Nature Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for the drug extrusion mechanism by a MATE multidrug transporter (2013)
  • Author(s): Y・ Tanaka, C・J・ Hipolito, A・D・ Maturana, K・ Ito, T・ Kuroda, T・ Higuchi, T・ Katoh, H・E・ Kato, M・ Hattori, K・ Kumazaki, T・ Tsukazaki, R・ Ishitani, H・ Suga, O・ Nureki
  • Journal Title: Nature Volume: 496 Issue: 7444 Pages: 247-51
  • DOI: 10.1038/nature12014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for dynamic mechanism of proton-coupled symport by the peptide transporter POT. (2013)
  • Author(s): Doki, S., Kato, H. E., Solcan, N., Iwaki, M., Koyama, M., Iwase, N., Tsukazaki, T., Sugita, Y., Kandori, H., Newstead, S., Ishitani, R., and Nureki, O.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Volume: 110 Issue: 28 Pages: 11343-11348
  • DOI: 10.1073/pnas.1301079110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel (2012)
  • Author(s): Hideaki E.Kato, Feng Zhang, Ofer Yizhar, Charu Ramakrishnan, Tomohiro Nishizawa, Kunio Hirata, Jumpei Ito, Yusuke Aita, Tomoya Tsukazaki, Shigehiko Hayashi, Peter Hegemann, Andres D.Maturana, Ryuichiro Ishitani, Karl Deisseroth, Osamu Nureki
  • Journal Title: Nature Volume: 482 Issue: 7385 Pages: 369-374
  • DOI: 10.1038/nature10870
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF
  • Author(s): Mio K, Tsukazaki T, Mori H, Kawata M, Moriya T, Sasaki Y, Ishitani R, Ito K, Nureki O and Sato C
  • Journal Title: J. Struct. Funct. Genomics Volume: (in press)
  • NAID: 120005716853
• [Presentation] rSec蛋白質によらない1回膜貫通型膜蛋白質の膜組み込み (2014)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 遺伝研研究会:単細胞システムの細胞構築・運動・増殖機構の研究
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所(三島市)
• [Presentation] r Site-directed in vivo photo-cross-linking analysis for identification of interaction sites in E.coli YidC (2014)
  • Author(s): Furukawa A, Kumazaki K, Mori H, Nureki O and Tsukazaki T
  • Organizer: Gordon Research Conference : Protein Transport Across Cell Membranes
  • Place of Presentation: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
• [Presentation] rCrystal structure of YidC and a mechanism of membrane protein insertion (2014)
  • Author(s): Kumazaki K, Chiba S, Takemoto M, Furukawa A, Sugano Y, Mori T, Tanaka Y, Sugita Y, Ito K, Ishitani R, Tsukazaki T and Nureki O
  • Organizer: Gordon Research Conference : Protein Transport Across Cell Membranes
  • Place of Presentation: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
• [Presentation] rSec膜タンパク質複合体の結晶構造解析 (2014)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: SPRUC拡大研究会・SPring-8利用ワークショップーSPring-8とユーザーのさらなる連携を目指してー
  • Place of Presentation: SPring-8(兵庫県佐用町)
• [Presentation] Sec 膜タンパク質複合体の結晶構造解析 (2014)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: SPRUC拡大研究会・SPring-8利用ワークショップ－SPring-8とユーザーのさらなる連携を目指して－
  • Place of Presentation: SPring-8(兵庫県佐用町)
  • Invited
• [Presentation] Sec蛋白質によらない１回膜貫通型膜蛋白質の膜組み込み (2014)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 遺伝研研究会「単細胞システムの細胞構築・運動・増殖機構の研究」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（三島市）
  • Invited
• [Presentation] Crystal structure of YidC and a mechanism of membrane protein insertion (2014)
  • Author(s): Kaoru Kumazaki (他11名)
  • Organizer: Gordon Research Conference 2014, Protein Transport Across Cell Membranes
  • Place of Presentation: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
  • Invited
• [Presentation] Site-directed in vivo photo-cross-linking analysis for identification of interaction sites in E.coli YidC (2014)
  • Author(s): Arata Furukawa (他４名)
  • Organizer: Gordon Research Conference 2014, Protein Transport Across Cell Membranes
  • Place of Presentation: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
• [Presentation] rタンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 第7回構造生物学に関する先端技術講演会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡市)
  • Year and Date: 2013-09-04
• [Presentation] rタンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 理工研究域公開セミナー
  • Place of Presentation: 金沢大学(金沢市)
  • Year and Date: 2013-02-20
• [Presentation] rタンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: バイオサイエンス研究科セミナー
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学(生駒市)
  • Year and Date: 2013-02-13
• [Presentation] rInteraction analysis of periplasmic domain of E.coli YidC by site directed in vivo photo-cross-linking (2013)
  • Author(s): 古川新,熊崎薫,濡木理,塚崎智也
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートピア(神戸市)
• [Presentation] rタンパク質膜透過促進因子SecDFの構造と機能 (2013)
  • Author(s): 森博幸,三登一八,町田裕紀子,塚崎智也,伊藤維昭,秋山芳展
  • Organizer: 第51回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 京都国際会館(京都市)
• [Presentation] r蛋白質の膜透過を駆動する膜蛋白質SecDFの構造と機能 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 分子モーター討論会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都文京区)
• [Presentation] rLCP crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of SecYEG translocon (2013)
  • Author(s): Takemoto M, Kusakizako T, Kumazaki K, Tsukazaki T, Ishitani R and Nureki O
  • Organizer: Nagoya Symposium : Frontiers in Structural Physiology
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市)
• [Presentation] 蛋白質の膜透過を駆動する膜蛋白質SecDFの構造と機能 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 分子モーター討論会(2013)
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都文京区)
  • Invited
• [Presentation] タンパク質膜透過促進因子SecDFの構造と機能 (2013)
  • Author(s): 森博幸(他５名)
  • Organizer: 第５１回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 京都国際会館(京都市)
• [Presentation] Interaction analysis of periplasmic domain of E.coli YidC by site directed in vivo photo-cross-linking (2013)
  • Author(s): 古川新(他３名)
  • Organizer: 第３６回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートピア(神戸市)
• [Presentation] LCP crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of SecYEG translocon (2013)
  • Author(s): Mizuki Takemoto
  • Organizer: Nagoya Symposium - Frontiers in Structural Physiology
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] rLCP法によるタンパク質膜透過装置SecYEGの結晶化 (2012)
  • Author(s): 塚崎智也,草木迫司,熊崎薫,石谷隆一郎,濡木理
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] LCP法によるタンパク質膜透過装置SecYEGの結晶化 (2012)
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] タンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学
  • Author(s): 塚崎智也
  • Organizer: 第７回構造生物学に関する先端技術講演会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡市)
  • Invited
• [Book] [化学同人]膜タンパク質構造研究「タンパク質膜透過装置Secトランスロコン複合体」 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也,濡木理(岩田想編)
• [Book] 化学と生物「細菌のタンパク質分泌を促進する膜タンパク質SecDFの構造と機能」 (51(1)) (2013)
  • Author(s): 森博幸,塚崎智也
  • Publisher: 国際文献社
• [Book] 膜タンパク質構造研究 岩田想 編 (2013)
  • Author(s): 塚崎智也，濡木理
  • Publisher: 化学同人
• [Book] 化学と生物(解説細菌のタンパク質分泌を促進する膜タンパク質SecDFの構造と機能) (2013)
  • Author(s): 森博幸
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 国際文献社
• [Remarks] 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科 膜分子複合機能学(塚崎研究室)
  • URL: http://bsw3.naist.jp/tsukazaki/
• [Remarks] さきがけライフサイエンスの革新を目指した構造生命科学と先端的基盤技術 研究者紹介
  • URL: http://www.jst.go.jp/presto/struct-lifesci/researchers/10403tsukazaki/index.html
• [Remarks] プレスリリース:タンパク質を細胞膜に組み込むメカニズムを解明
  • URL: http://www.naist.jp/pressrelease/detail_j/topics/1752/
• [Remarks] ライフサイエンス新着論文レピュー:膜組み込み酵素YidCによるタンパク質の細胞膜への組み込みの分子機構
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/8680
• [Remarks] 化学工業日報 (2014年4月23日)6面に掲載 「たん白質を細胞膜に組み込む仕組み解明働き担うYidCの立体構造決定 新規 薬剤開発の基盤へ」
• [Remarks] 奈良先端科学技術大学大学院バイオサイエンス研究科膜分子複合機能学
  • URL: http://bsw3.naist.jp/courses/courses309.html
• [Remarks] さきがけライフサイエンスの革新を目指した構造生命科学と先端的基盤技術研究者紹介
  • URL: http://www.struct-1ifesci.jst.go.jp/researchers/10403tsukazaki/index.html