SecDFのタンパク質膜透過促進機構に関する電子顕微鏡構造解析

• Project Area: Structural basis of cell-signalling complexes mediating signal perception, transduction and responses
• Project/Area Number: 25121742
• 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: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 三尾 和弘 独立行政法人産業技術総合研究所, 創薬分子プロファイリング研究センター, 主任研究員 (40470041)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2014: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2013: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 膜蛋白質 / 電子顕微鏡 / 構造解析 / 単粒子解析 / トモグラフィー

Outline of Annual Research Achievements

SecDFはトランスロコン複合体において、膜を通過したペプチドをつかんでペリプラズム側に引き上げることで、淀みないペプチド輸送を可能にする。結晶解析からSecDFにはペプチド引き上げの初期状態（F型）と、後期状態（I型）の少なくとも2つの構造があることが示唆されたが、その構造変化については証明されていなかった。
高純度に精製したタンパク質を電子顕微鏡撮像し、得られた大量の画像データから単粒子解析法により3次元構造解析を行った。またHigh angle annular dark field-STEM走査透過電子顕微鏡を用いて50個のSecDFタンパク質をトモグラフィーで撮影して３次元構造決定を行った。それらを多変量解析による階層的クラスタリング分類したところ、P1Head領域の構造としては全体構造で決定されたF-formと、部分構造で見られたI-formが主要な構造状態であることが示され、統計学的手法を用いて行った単粒子構造解析の結果とも一致した。またそれらの中間と思われる構造も多数見つかったことから、SecDFは主要な2型の間で自身の構造を大きく変えることで新生ペプチドの膜透過を助けている仕組みが示唆された。またI型のみを効率よく選び出すために、Ile272とLeu422をシステイン置換したコンストラクトを用いた単粒子構造解析からはP1ヘッド構造の立った粒子像が観測され、分子内架橋によってI型構造比率を高めた試料となることがわかった。これら得られた結果を (J Struct Funct Genomics, 15, 107 (2014))に報告した。更に単粒子解析技術を広めることを目的に、一般研究者や大学院生等が広く目を通す科学雑誌に概説を記した（実験医学、32,540,2014）。

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] Conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF (2014)
  • Author(s): K.Mio, T.Tsukazaki, H.Mori, M.Kawata, T.Moriya, Y.Sasaki, R.Ishitani, K.Ito, O.Nurekiand C.Sato
  • Journal Title: J Struct Funct Genomics Volume: 15 Issue: 3 Pages: 107-115
  • DOI: 10.1007/s10969-013-9168-4
  • NAID: 120005716853
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Long-term Expression of the Lamin A Mutant Associated with Dilated Cardiomyopathy Induces Senescence. (2014)
  • Author(s): Moriuchi T, Osumi T, Mio K, Muraoka T, Hirose F,
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 19 Issue: 12 Pages: 901-908
  • DOI: 10.1111/gtc.12189
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Establishment of culture systems for Genotypes 3 and 4 hepatitis E virus (HEV) obtained from human blood and application of HEV inactivation using a pathogen reduction technology system. (2014)
  • Author(s): Owada T, Kaneko M, Matsumoto C, Sobata R, Igarashi M, Suzuki K, Matsubayashi K, Mio K, Uchida S, Satake M, Tadokoro K.
  • Journal Title: Transfusion Volume: 54 Issue: 11 Pages: 107-115
  • DOI: 10.1111/trf.12686
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 3D structure determination of protein using TEM single particle analysis (2014)
  • Author(s): Sato C, Mio K, Kawata M, Ogura T
  • Journal Title: Microscopy Volume: 63 Issue: suppl 1 Pages: i9-i10
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfu074
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF. (2014)
  • Author(s): Mio K, Tsukazaki T, Mori H, Kawata M, Moriya T, Sasaki Y, Ishitani R, Ito K, Nureki O, Sato C.
  • Journal Title: Journal of Structural Function and Genomics Volume: -
  • NAID: 120005716853
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TRPチャネルとOrai-STIM複合体系の構造と局在の解析 (2014)
  • Author(s): 三尾和弘、丸山雄介、小椋俊彦、佐藤主税
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 32 Pages: 540-548
• [Journal Article] Membrane cholesterol modulates the hyaluronan-binding ability of CD44 in T lymphocytes and controls rolling under shear flow. (2013)
  • Author(s): Murai T, Sato C, Sato M, Nishiyama H, Suga M, Mio K, Kawashima H.
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: １２６ Pages: 3284-3294
  • DOI: 10.1242/jcs.120014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel Convergence-Oriented Approach for Evaluation and Optimization of Workflow in Single Particle 2D Averaging of Electron Microscope Images, (2013)
  • Author(s): T.Moriya, K.Mio, C.Sato
  • Journal Title: Microscopy Volume: 62 Issue: 5 Pages: 491-513
  • DOI: 10.1093/jmicro/dft026
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Molecular basis of conformational dynamics and enzymatical maturation process of nuclear lamin A related to onset of laminopathies (2014)
  • Author(s): 三尾 和弘、三尾 宗代、杉木 俊彦、角田 舞
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] 犬ジステンパーウイルスエンベロープタンパク質HおよびFの相互作用解析と電子顕微鏡による構造解析 (2014)
  • Author(s): 依田芽生, 福原秀雄, 武田森, 三尾和弘, PLATTET Philippe, 竹田誠, 前仲勝実
  • Organizer: 第63回日本ウイルス学会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-11
• [Presentation] E型肝炎ウイルス（HEV）は、そのビリオン以外に、化学的性質の異なるカプシド蛋白も、多量に産生する (2014)
  • Author(s): 大和田尚、松本千惠子、三尾和弘、篠原直也、蕎麦田理英子、内田茂治、佐竹正博、田所憲治
  • Organizer: 第63回日本ウイルス学会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-11
• [Presentation] Molecular basis of conformational dynamics and enzymatical maturation process of nuclear lamin A related to onset of laminopathies (2014)
  • Author(s): 角田 舞、三尾 宗代、杉木 俊彦、三尾 和弘
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] Observation of Tissues in Solution by Atmospheric Scanning Electron Microscope (ASEM) (2014)
  • Author(s): N. Mentily, K. Mio, M. Sato, T. Ebihara, C. Sato
  • Organizer: Microscopy & Microanalysis 2014
  • Place of Presentation: Hartford, CT
  • Year and Date: 2014-08-05
• [Presentation] Conformational variation of the peptide permeable channel chaperone revealed by electron microscopy (2014)
  • Author(s): K.Mio
  • Organizer: 4th Asia Pacific Protein Association Conference
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-05-18
• [Presentation] タンパク質膜輸送を促進する膜タンパク質SecDFの構造解析 (2014)
  • Author(s): 三尾 和弘、川田 正晃、守屋 俊夫、佐々木 義和、佐藤 主税
  • Organizer: 第70回日本顕微鏡学会
  • Place of Presentation: 幕張
  • Year and Date: 2014-05-11
• [Presentation] Conformational dynamics of nuclear lamin A and laminopathic mutated proteins revealed by electron microscopy and high speed atomic force microscopy
  • Author(s): 三尾 和弘、山下 隼人、杉木 俊彦、松田 知栄、三尾 宗代、林 由起子
  • Organizer: 2013 Scientific Workshop Progeria Research Foundation
  • Place of Presentation: Bethesda, MD, USA
  • Invited
• [Presentation] Three dimensional reconstruction of HLA-G2/G6 isoform
  • Author(s): 三尾 和弘、黒木 喜美子、松原 永季、笠井 宣征、佐藤 主税、前仲 勝実
  • Organizer: International Conference on Structural Genomics 2013
  • Place of Presentation: Keio Plaza Hotel, Sapporo Japan
• [Presentation] Three dimensional reconstruction of HLA-G2/G6 isoform
  • Author(s): 三尾 和弘、黒木 喜美子、松原 永季、笠井 宣征、佐藤 主税、前仲 勝実
  • Organizer: 第 51 回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 京都国際会館、京都
• [Presentation] Conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF
  • Author(s): 三尾和弘
  • Organizer: JSB-BA Seminar 2013
  • Place of Presentation: Max Planck Florida Institute, Jupiter, FL, USA
• [Book] 実験医学 (2014)
  • Author(s): 三尾和弘、丸山雄介、小椋俊彦、佐藤主税
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] 産業技術総合研究所 創薬分子プロファイリング研究センター
  • URL: http://www.molprof.jp/
• [Remarks] https://unit.aist.go.jp/biomed-ri/ci/index.html