新生膜タンパク質の膜組込み過程の構造生物科学研究

• Project Area: Nascent-chain Biology
• Project/Area Number: 17H05669
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 田中 良樹 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (10632333)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: Secトランスロコン / 膜タンパク質 / 新生タンパク質 / 輸送体タンパク質 / 膜組込み / 新生鎖 / 生体分子 / 蛋白質 / 細菌

Outline of Annual Research Achievements

SecDFはプロトン駆動型モータータンパク質であり、SecYEGによるタンパク質の輸送を促進すると考えられている。ペリプラズム側に突き出たドメインが新生鎖を引き出していると予想されていたが、実際の動きや、プロトン透過経路については分かっていなかった。我々は結晶化条件などを変えて、既知構造(F-form)とは別状態にある構造（I-form及びSuper F-formと呼称）を決定した。新たに決定した構造から、膜貫通領域のプロトン透過経路を確認した。また個々の構造を比較していくことで、ペリプラズム領域の構造変化と膜貫通ヘリックスの連動について新たな知見が得られた。
膜へのタンパク質挿入に関わるYidCの結晶構造を高い分解能（2.8 オングストローム;分解能）で決定した。以前の構造から分解能を向上させたことで、細胞質側ループ領域まで精度の高いモデル構築が可能になった。YidCには膜貫通領域に親水性の溝が存在しており、この部分で基質タンパク質を一旦結合させてから挿入を行うと予想される。これまでモデル構築できていなかったループ領域について、モデルが構築されたことで、ループが細胞質領域から膜貫通領域の溝への入り口を塞いでいることが判明した。また、本研究で得られた全長構造を用いて短時間の分子動力学シミュレーションを行ったところ、溝までの経路を開く方向に動きやすい傾向がループ領域周辺に見られ、ループ領域の動きがタンパク質輸送の調節に関わると考えられる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis of the function of the β-barrel assembly-enhancing protease BepA (2019)
  • Author(s): Mohammad Shahrizal, Yasushi Daimon, Yoshiki Tanaka, Yugo Hayashi, Shintaro Nakayama, Shigehiro Iwaki, Shin-ichiro Narita, Hironari Kamikubo, Yoshinori Akiyama, Tomoya Tsukazaki
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 431 Issue: 3 Pages: 625-635
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.11.024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Remote Coupled Drastic β-Barrel to β-Sheet Transition of the Protein Translocation Motor. (2018)
  • Author(s): Furukawa A, Nakayama S, Yoshikaie K, Tanaka Y, Tsukazaki T.
  • Journal Title: Structure Volume: 26 Issue: 3 Pages: 485-489
  • DOI: 10.1016/j.str.2018.01.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 2.8-A crystal structure of Escherichia coli YidC revealing all core regions, including flexible C2 loop (2018)
  • Author(s): Tanaka Yoshiki、Izumioka Akiya、Abdul Hamid Aisyah、Fujii Akira、Haruyama Takamitsu、Furukawa Arata、Tsukazaki Tomoya
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 505 Issue: 1 Pages: 141-145
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.09.043
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tunnel Formation Inferred from the I-Form Structures of the Proton-Driven Protein Secretion Motor SecDF (2017)
  • Author(s): Arata Furukawa, Kunihito Yoshikaie, Takaharu Mori, Hiroyuki Mori, Yusuke V. Morimoto, Yasunori Sugano, Shigehiro Iwaki, Tohru Minamino, Yuji Sugita, Yoshiki Tanaka, Tomoya Tsukazaki
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 19 Issue: 5 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.04.030
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SecY-SecA fusion protein retains the ability to mediate protein transport (2017)
  • Author(s): Sugano Yasunori、Furukawa Arata、Nureki Osamu、Tanaka Yoshiki、Tsukazaki Tomoya
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 12 Issue: 8 Pages: e0183434-e0183434
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0183434
  • Peer Reviewed / Open Access