運動マシナリーとしてのＡＡＡ型分子シャペロン

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 25117517
• 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: Kumamoto University
• Principal Investigator: 小椋 光 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00158825)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000); Fiscal Year 2014: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2013: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 分子シャペロン / 高速原子間力顕微鏡 / AAAタンパク質 / p97/CDC-48 / 26Sプロテアソーム / katanin / 微小管 / AAA型分子シャペロン / モーター / タンパク質 / ATPase

Outline of Annual Research Achievements

AAA型シャペロンである線虫のp97ホモログCDC-48のN-D1ドメインのATP依存的回転運動は1段階で起こることをすでに報告している。ヒトp97ホモログVCPについても同様の高速AFM解析を行ったところ、VCPではもう1段階サブステップがあることを見出した。2つのサブステップからなる回転運動の分子機構を解明するため、センサー残基やアルギニン・フィンガー残基の変異体を構築し、解析した。また、N末端側をマイカ上に固定する方法を確立し、実際にATP加水分解を行っているD2ドメインのATP加水分解サイクルにおける構造変化観察した。その結果、ATPサイクルにおいて、ポアの開閉が観察された。酵母由来の26Sプロテアソームの高速AFM観察を行い、26Sプロテアソームの安定的観察条件を見出したので、次に26Sプロテアソームとモデル基質タンパク質の複合体の観察を進めた。その結果、26Sプロテアソームの片方の制御ユニットにポリユビキチン鎖が結合してふらふら動く様子が観察できた。微小管を切断するAAA型シャペロンkataninについて、ポア領域にある塩基性残基の機能的重要性を明らかにした。また、kataninの認識に必要な微小管構成サブユニットα-およびβ-チューブリンの酸性残基に富むC末端領域の重要性について検討した結果、α/β-チューブリン両方のC末端領域が切断活性に必要であることを明らかにし、kataninリングがα/β-チューブリン両方のC末端領域を同時に引っ張ることでチューブリンα/βヘテロ2量体を微小管から引き抜くというモデルを提唱した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Microtubule severing by katanin p60 AAA+ ATPase requires the C-terminal acidic tails of both α- and β-tubulins and basic amino acid residues in the AAA+ ring pore. (2015)
  • Author(s): Johjima, A., Noi, K., Nishikori, S., Ogi, H., Esaki, M., and Ogura, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 印刷中 Issue: 18 Pages: 11762-11770
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.614768
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-speed atomic force microscopic observation of ATP-dependent rotation of the AAA+ chaperone p97 (2013)
  • Author(s): K. Noi, D. Yamamoto, S. Nishikori, K. Arita-Morioka, T. Ando, T. Ogura
  • Journal Title: Structure Volume: 21 Issue: 11 Pages: 1992-2002
  • DOI: 10.1016/j.str.2013.08.017
  • Peer Reviewed
• [Presentation] AAAタンパク質kataninによる微小管切断におけるAAAドメインのpore領域の残基とtubulin C末端配列の重要性 (2014)
  • Author(s): 城島 愛、野井 健太郎、錦織 伸吾、荻 博次、江崎 雅俊、小椋 光
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡によるAAAシャペロンp97の主要ATPase(D2)リングの構造変化の直接観察 (2014)
  • Author(s): 山本 大輔、野井 健太郎、有田 (森岡) 健一、小椋 光
  • Organizer: 第52回 日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌市 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Visualization of dynamics of the 26S proteasome and proteasome-substrate complexes by high-speed AFM (2014)
  • Author(s): Okuno, T., Noi, K., Okawa, A., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Takahashi, K., Inobe, T., Yamanaka, K., and Ogura, T.
  • Organizer: Key Forum: From Stem Cells to Organs
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本市医師会館
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡によるAAAシャペロンp97の主要ATPase(D2)リングの直接観察 (2014)
  • Author(s): 山本 大輔、野井 健太郎、有田 (森岡) 健一、小椋 光
  • Organizer: 第14回 日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 横浜市 ワークピア横浜/横浜産貿ホールマリネリア
  • Year and Date: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [Presentation] Yeast Cdc48-20S proteasome complex in vitro and in vivo. (2014)
  • Author(s): Esaki, M., Noi, K., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
• [Presentation] High-speed AFM imaging of the 26S proteasome dynamics. (2014)
  • Author(s): Okuno, T., Noi, K., Okawa, A., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Takahashi, K., Inobe, T., Yamanaka, K., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
• [Presentation] Observation of AAA chaperone p97 by high-speed AFM. (2014)
  • Author(s): Yamamoto, D., Noi, K., Arita-Morioka, K, Ando, T., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
• [Presentation] Biochemical properties of FtsH protease from plants. (2014)
  • Author(s): Ueda, E., Noi, K., Arita-Morioka, K., Ogura, T., Sakamoto, W., Hisabori, T., and Amano, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
• [Presentation] High-speed AFM observation of ATP-dependent rotation of the AAA chaperone p97 and its interaction with TDP-43 amyloid fibrils. (2014)
  • Author(s): Noi, K., Yamamoto, D., Arita-Morioka, K., Ando, T., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
• [Presentation] Dynamics of p97 and the 26S proteasome in action revealed by high-speed atomic force microscopy. (2013)
  • Author(s): Ogura, T., Noi, K., Okuno, T., Arita-Morioka, K., Yamamoto, D., Okawa, A., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Ando, T., Esaki, M., and Yamanaka, K.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
  • Invited
• [Presentation] Non-consevation of the aromatic residue in the D1 pore loop of yeast Cdc48 is essential for cell viability. (2013)
  • Author(s): Esaki, M., and Ogura, T.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
• [Presentation] Biochemical analysis of molecular mechanisms of the interaction between VCP/p97 and amyloid fibrils of TDP-43. (2013)
  • Author(s): Noi, K., Arita-Morioka, K., Ogi, H., Hirao, M., and Ogura, T.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
• [Presentation] AAA chaperones, focusing on the molecular mecanism of p97. (2013)
  • Author(s): Ogura, T., Noi, K., Arita-Morioka, K., Yamamoto, D., Ando, T., Nishikori, S., Esaki, M., and Yamanaka, K.
  • Organizer: EMBO Conference
  • Place of Presentation: Santa Margherita de Pula, Italy.
  • Invited
• [Presentation] 植物由来FtsHプロテアーゼの分子機構. (2013)
  • Author(s): 斉藤 勝広, 植田 依里, 柿本 衿菜, 鈴木 香於里, 原 怜, 久堀 徹, 加藤 裕介, 坂本 亘, 野井 健太郎, 有田 健一, 小椋 光, 天野 豊己
  • Organizer: 日本生体エネルギー研究会第39回討論会
  • Place of Presentation: 静岡市, 静岡県コンベンションアーツセンター
• [Presentation] In vivo においてCdc48は20Sプロテアソーム複合体と相互作用する. (2013)
  • Author(s): 江崎 雅俊, 野井 健太郎, 佐伯 泰, 小椋 光
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市、神戸国際展示場
• [Presentation] 高速AFMによる26Sプロテアソームのダイナミクス解析. (2013)
  • Author(s): 奥野 貴士, 野井 健太郎, 大川 阿紀子, 土屋 光, 佐伯 泰, 高橋 一暢, 伊野部 智由, 山中 邦俊, 小椋 光
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市、神戸国際展示場
• [Presentation] 分子シャペロンVCP/p97とTDP-43アミロイド線維の相互作用の分子機構の解析. (2013)
  • Author(s): 野井 健太郎, 有田ー森岡 健一, 小椋 光
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 鳥取市、とりぎん文化会館
• [Book] Subcell. Biochem. (2013)
  • Author(s): Okuno, T., and Ogura, T.
  • Total Pages: 17
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所分子細胞制御分野のホームページ
  • URL: http://mukb.medic.kumamoto-u.ac.jp/fukusei/index.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所分子細胞制御分野 AAAのホームページ
  • URL: http://mukb.medic.kumamoto-u.ac.jp/AAA/aaainfo.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所のホームページ
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所分子細胞制御分野のホームページ
  • URL: http://mukb.medic.kumamoto-u.ac.jp/fukusei/index.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所分子細胞制御分野 AAAホームページ
  • URL: http://mukb.medic.kumamoto-u.ac.jp/AAA/aaainfo.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所のホームページ
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/index.html