Elucidation of working mechanisms of a molecular-engine complex responsible for protein membrane permeation by imaging of the conformational dynamics
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
|---|
| Project/Area Number |
21H00393
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Review Section |
Complex systems
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
|
|---|
| Keywords | 高速原子間力顕微鏡 / 一分子計測 / SecA / 膜輸送 / カドヘリン / タンパク質 / 構造変化 / 膜透過 / 膜タンパク質 / トランスロコン |
|---|
| Outline of Research at the Start |
タンパク質の膜透過を担う膜タンパク質複合体は、細胞質にある基質タンパク質を掴んでチャネルに押し込み、さらに膜の逆側から引き抜くという、大きな構造変化を伴った複雑な動きにより機能を発揮する高次な発動分子複合体であると言える。本研究では、高速原子間力顕微鏡（AFM）および蛍光顕微鏡との複合機を駆使して、バクテリアのタンパク質膜透過装置Sec複合体が基質タンパク質を輸送する様子をリアルタイムに可視化し、さらに静止立体構造とのドッキングシミュレイションによる構造モデリングで、膜タンパク質透過の分子メカニズムを明らかにする。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
SecYAEGの動態観察： 前年度に膜輸送時にはSecAの一部が構造変化している様子を観察することに成功した。今年度はSecYAEGのモデル構造に対して様々な方位で擬似AFM像を形成させることで実AFM像の観察方位を決定する解析法を開発し、既知のPPXDの構造変化(Open/Closed)と高速AFMで観察された構造変化の対応関係を明らかにした。さらに、ATPやADP・Pi、ADP結合状態を模擬する各種ヌクレオチドアナログ存在下でのPPXDの構造を解析し、PPXDの構造状態とATP加水分解サイクルの対応を明らかにするとともに、構造変化の頻度からATP加水分解活性を定量することに成功した。
細胞間接着分子カドヘリンのダイマー形成過程の観察
カドヘリンは隣り合う細胞表面に提示されたカドヘリンと互いに結合することで細胞と細胞をつなぐものの、一分子のスケールでのカドヘリンの結合機構には未だ明らかになっていない部分も多い。そこで、高速AFMを用いて溶液中におけるカドヘリンの結合構造および結合過程を一分子のスケールで直接可視化した。その結果、カドヘリンは複数の異なる形状のダイマーを形成していることがわかった。これらのダイマーの形状とダイナミクスを解析すると、結合界面を頻繁に変えながらダイマー形状が過渡的に変化するS形状ダイマー、ダイマー形状が変化しない安定したW形状ダイマー、同じく安定したcross形状ダイマーの3種類の構造に分類することが出来た。変異体の形状解析から、W形状ダイマーとcross形状ダイマーは、それぞれ従来から知られていたストランドスワップダイマーとXダイマーに対応することがわかった。一方、ダイマー形状がダイナミックに変化するS形状ダイマーは，ストランドスワップダイマーとXダイマーとは異なる新規のダイマー構造であることが明らかになった。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(2 results)
Research Products
(34 results)
