タンパク質膜透過・膜組込み時に形成するリボソームを含む過渡的複合体の解析

• Project Area: Integrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
• Project/Area Number: 24121704
• 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: Nara Institute of Science and Technology (2013); The University of Tokyo (2012)
• Principal Investigator: 塚崎 智也 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)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2013: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 蛋白質 / 過渡的複合体 / トランスロコン / 膜透過 / 膜組み込み / Sec / YidC / 膜タンパク質 / リボソーム / 構造解析 / 構造生物学 / 膜組込み

Research Abstract

本研究では,過渡的複合体が関わる生命現象の統合的理解という観点から,翻訳と共役したタンパク質輸送時に一 過的に形成されるリボソームを含む複合体に焦点をあてた。大腸菌では膜貫通領域を１回または２回もつ膜タンパク質の多くは，膜タンパク質YidCによって膜へと組み込まれる。このとき，YidCとリボソームが複合体を形成し膜組み込みするとされている。YidCはバクテリアだけでなく，ミトコンドリアと葉緑体に保存された膜タンパク質である。YidCの詳細構造の決定は，ホモログも含めされていなかった。本研究において，はじめてYidCの結晶構造を2.4A分解能で決定した。YidCは５回の膜貫通領域から構成されており，その膜貫通領域に親水性の溝をもつユニークな構造体であった。YidCの変異体解析によってこの凹みには機能発現に重要な保存されたアルギニンが存在してることを示した。さらに，アルギニンと基質タンパク質の負電荷をもったアミノ酸が電荷的に相互作用することを間接的に示すデータを得た。さらに，部位特異的クロスリンク実験の結果から，凹みと基質が直接相互作用することを示した。以上のことから，YidCは静電的な相互作用で，基質タンパク質を一旦，親水的な凹みにキャプチャーした後，膜へと組み込む新しいモデルを提唱した。本結果は主要な科学雑誌に報告予定である(Kumazaki et al., in press)

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [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
• [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] 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: 名古屋大学(名古屋)
  • Year and Date: 2013-01-22
• [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: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • Year and Date: 2012-06-20
• [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] 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-lifesci.jst.go.jp/researchers/10403tsukazaki/index.html