Development of solubilizer dedicated for membrane proteins using glycolopozyme MPIase

• Project/Area Number: 25660073
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: NISHIYAMA Ken-ichi 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SHIMAMOTO Keiko 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所, 主幹研究員 (70235638) ; TOKUDA Hajime 盛岡大学, 栄養科学部, 教授 (40125943)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2013: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 膜タンパク質 / 糖脂質酵素 / MPIase / 可溶化剤 / タンパク質膜挿入 / 膜タンパク質可溶化剤

Outline of Final Research Achievements

MPIase is a glycolipid involved in protein integration into membranes. MPIase consists of a glycan chain and a lipid moiety, connected through a pyrophosphate linker. The glycan chain, obtained by cleaving MPIase at the center of pyrophosphate, forms a soluble complex with a membrane protein, which is integration-competent. This property of PP-MPIase is suitable for the solubilizer for membrane proteins. A search of modification of the glycan chain revealed that the glycan chain obtained by acetic acid digestion (AcOH-MPIase), in which a phosphate residue has been removed, has lost the ability to interact with membrane protein, strongly suggesting that not only many acetyl residues but also a phosphate residue are essential for interaction between the glycan chain of MPIase and membrane proteins.

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] Glycolipozyme membrane protein integrase (MPIase): recent data (2014)
  • Author(s): Kenichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
  • Journal Title: BioMolecular Concepts Volume: 5 Issue: 5 Pages: 429-438
  • DOI: 10.1515/bmc-2014-0030
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] タンパク質膜挿入の鍵を握るグライコリポザイム～タンパク質でない酵素？～ (2014)
  • Author(s): 島本啓子、西山賢一
  • Journal Title: 実験医学増刊「代謝」 Volume: 32 Pages: 115-122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 膜タンパク質膜挿入の鍵を握る糖脂質酵素MPIase (2014)
  • Author(s): 島本啓子、西山賢一
  • Journal Title: 生命化学研究レター Volume: 44 Pages: 9-14
  • Open Access
• [Journal Article] 膜タンパク質の鍵は糖脂質にあり－すべての生体膜挿入に必要な因子を求めて (2013)
  • Author(s): 西山賢一
  • Journal Title: 月刊化学 Volume: 68 Pages: 30-34
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glycolipozyme MPIase is essential for topology inversion of SecG during preprotein translocation (2012)
  • Author(s): Moser, M., Nagamori, S., Huber, M., Tokuda, H., Nishiyama, K.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: (in press) Issue: 24 Pages: 9734-9739
  • DOI: 10.1073/pnas.1303160110
  • Peer Reviewed
• [Presentation] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素（Glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2015)
  • Author(s): 西山 賢一、前田 将秀、Moser Michael、楠本 正一、徳田 元、島本 啓子
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会 大会シンポジウム「天然物ケミカルバイオロジー研究の新展開」
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-29
  • Invited
• [Presentation] 糖脂質酵素MPIaseと タンパク質膜透過チャネル SecYEGに依存したタンパク質膜挿入反応の再構成 (2015)
  • Author(s): 佐々木優、永野孝典、Michael Moser、松林英明、車兪澈、上田卓也、西山 賢一
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] Reconstitution of preprotein translocation across and membrane protein integration into the cytoplasmic membrane of E. coli (2014)
  • Author(s): Nishiyama, K.
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会 7.0
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-11-13
  • Invited
• [Presentation] Interaction between MPIase, a glycolipid involved in membrane protein integration and preprotein translocation, and its target proteins (2014)
  • Author(s): Nishiyama, K.
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Chemical Biology of Natural Products: Target ID and Regulation of Bioactivity
  • Place of Presentation: Life Science Center, Senri Osaka (Toyonaka,Osaka)
  • Year and Date: 2014-10-28
• [Presentation] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIase とYidC との機能的相互作用 (2014)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 第9回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-10-09
• [Presentation] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIase の植物ホモログの探索 (2014)
  • Author(s): 遠藤佑太、松林英明、車兪澈、上田卓也、西山 賢一
  • Organizer: 第9回 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-10-08
• [Presentation] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素（Glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2014)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 文部科学省特別経費「分子構築イノベーション」フロンティア化学教育研究センター（FCC）講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-24
  • Invited
• [Presentation] Functional interaction between glycolipozyme MPIase and the YidC protein in protein integration into membranes (2014)
  • Author(s): Nishiyama, K.
  • Organizer: The Gordon Research Conference on Bacterial Cell Surfaces
  • Place of Presentation: Mount Snow (West Dover, VT, USA)
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-26
• [Presentation] タンパク質膜透過・膜挿入に関わる糖脂質酵素MPIaseとYidCとの機能的相互作用 (2014)
  • Author(s): Michael Moser、Maria Huber、西山 賢一
  • Organizer: 第11回 21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: ホテル大観（岩手県盛岡市）
  • Year and Date: 2014-06-05 – 2014-06-06
• [Presentation] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質MPIaseと標的タンパク質との相互作用 (2014)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～」第６回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-05-28
• [Presentation] 人工細胞開発のための機能的膜タンパク質試験管内合成システムの構築 (2014)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究」動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築 第五回 領域全体会議
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-05-20
• [Presentation] タンパク質膜透過・膜挿入に関与する糖脂質酵素（glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2014)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 第258回生物科学セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-04-24
  • Invited
• [Presentation] タンパク質膜透過・膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIaseの構造と機能 (2013)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～」第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
• [Presentation] 糖脂質酵素MPIaseはタンパク質膜透過反応においてSecGの配向性反転に必須である (2013)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺（伊豆）
• [Presentation] 糖脂質酵素MPIaseはタンパク質膜透過反応においてSecGの配向性反転に必須である (2013)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIase がタンパク質膜透過反応に及ぼす役割 (2013)
  • Author(s): 西山賢一
  • Organizer: 無細胞生命科学研究会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] MPIase (Membrane Protein Integrase), a Glycolipozyme Involved in Protein Integration into and Preprotein Translocation across Membranes (2013)
  • Author(s): Nishiyama, K
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Chemical Biology of Natural Products:Target ID and Regulation of Bioactivity
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama
  • Invited
• [Remarks] 西山研ホームページ
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/
• [Remarks] 岩手大学寒冷バイオ 西山研究室
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/