2022 Fiscal Year Annual Research Report
タンパク質の膜透過システムの４次元ダイナミクスとアッセンブリ
| Project Area | Autonomous biological systems of megadalton complexity |
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| Project/Area Number |
21H05155
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
塚崎 智也 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80436716)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Keywords | 膜タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、メガ生命深化動態解析の一例として、バクテリアの内膜と外膜を舞台にしたタンパク質輸送のダイナミクスについて研究を行い、その基本原理を明らかにすることを目指している。タンパク質の膜透過・膜組込み過程は、生命維持に不可欠な細胞内メカニズムの一部であり、バクテリアでは内膜にSecトランスロコン（SecYEG）を中心とした複合体が存在し、タンパク質輸送を行っている。外膜タンパク質の場合、Secトランスロコンを介して内膜を透過したのち外膜に組み込まれる。この一連の細胞内タンパク質輸送プロセスには多くの因子が関与し、その多くが解析が難しい膜タンパク質である。これらの因子は互いに結合・解離を繰り返し、一時的な複合体を形成して機能するが、その高次構造と機能メカニズムはまだ完全に解明されていない。本研究では、SecYEGとSecA ATPaseからなる複合体によるタンパク質膜透過のメカニズムを解明するために、SecYEGとSecAを含むナノディスクを作製し、高速原子間力顕微鏡を用いて動的構造解析を行っている。これまでの研究でモデルタンパク質として用いられてきたproOmpAだけでなく、さらに2つの基質タンパク質を用いて、SecYEGとSecAからなる複合体によるタンパク質膜透過の動的構造解析を進めた。分子動力学シミュレーションを組み合わせることで、タンパク質膜透過・膜組込み過程の分子機構の全体像が明らかとなってきた。今後この研究成果を原著論文として発表する予定である。本研究成果は、生命科学の理解を深めるための重要な基盤情報の一つを提供する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究において、目標である４次元構造解析への道筋を明確に示す画期的な進展があった。SecA分子内での構造変化の発見は、想像を超える卓越した成果の報告となるだろう。さらに、この構造変化の普遍性を確立するため、従来の１種類の基質だけでなく、複数種類の基質を用いて観測を達成することができた。学会などの発表でも注目され、研究に関する質問や問い合わせも多い。将来の関連研究における新たな道を切り開く結果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も分子動力学計算によるモデルを用いて高速AFM画像の解釈を進めていく。Secタンパク質のどの領域がどのように動いてタンパク質輸送を達成しているのかについては、膨大なデータを解析していく中で具体的なモデルを提案できるだろう。Secタンパク質による輸送のリアルタイム解析結果は世界初の報告になる可能性が高いため、原著論文の発表を急ぐ。
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