2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of protein secretion
| Project Area | Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work |
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| Project/Area Number |
26119007
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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, バイオサイエンス研究科, 准教授 (80436716)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | SecDF / 蛋白質 / 膜透過 / SecYEG / トランスロコン / 構造生命科学 / 膜蛋白質 / プロトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、すべての生物に保存された基本的なメカニズムの一つである蛋白質の分泌反応に焦点をあてている。分泌される蛋白質は細胞質で合成されたあと、フォールディングが妨げられた状態で膜へとターゲットされる。その後、Secタンパク質複合体がATPやプロトンの濃度勾配のエネルギーを利用して、この前駆体分泌蛋白質を膜透過させる。前駆体蛋白質からシグナル配列が切断された後、蛋白質がフォールディングされ成熟体の分泌蛋白質となる。この分泌反応は、膜の構造を保ったまま巨大な蛋白質を膜透過させるためSec蛋白質は緻密かつダイナミックな構造変化を繰り返すとされているが、その分子メカニズムの詳細は不明な点が多い。本年度は、特に分泌蛋白質を膜透過させるプロトン駆動型モータータンパク質SecDFの動態について解析を進めた。SecDFは、12回のαヘリックスから構成される膜貫通領域と、3つのドメインから構成されるペリプラズム領域から構成される。膜貫通領域は、プロトンが透過するとされており、ペリプラズム側は蛋白質と相互作用して蛋白質を細胞外へ引っ張り出す役割をしていると考えられている。一連の結晶構造解析から、SecDFの膜貫通領域にトンネルが形成され、そこに水が一列に配置することで、プロトンが透過するというモデルを提唱した。このような膜貫通領域の構造変化が伝播してペリプラズム側の構造変化をひきおこすことを実験的に証明した。更にペリプラズム側では劇的な構造変化を起こすこと、またペリプラズム領域と前駆体分泌蛋白質とが相互作用することを見出した。この構造解析と機能解析の結果から、SecDFが蛋白質の分泌にどの様に作用して機能するのかについて、新しいモデルを提唱した。これらの解析結果は、2つの原著論文として発表した。
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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
本年度は、蛋白質に関わる因子の構造解析、機能解析を進め、責任著者として原著論文を５報発表し、おおむね順調に研究が進められた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終年度となる。SecYEG複合体は蛋白質分泌反応のための孔を形成する。それを膜の両側から挟むようにモーター蛋白質が配置し機能している。SecA ATPase はATPの加水分解のエネルギーを利用して機能するモータータンパク質である。SecDFは、プロトンの濃度勾配を利用して働くモータータンパク質である。代表者のグループや海外の研究グループからSecA ATPase, SecDFについて状態のことなるいくつかの結晶構造が報告された。しかしながら、結晶構造は蛋白質のスナップショットに過ぎず、実際に生体内ではこれらモーター蛋白質は大きく構造変化をしていることが予測される。蛋白質の分泌反応をリアルタイムで可視化するため、１分子観察の一つである高速原子間力顕微鏡を用いた観察を進めていく。この観察では、サンプルの調整が要である。これまでに、分泌反応をたもったままでSec蛋白質複合体を安定に単離することが可能となった。これら精製したタンパク質複合体をナノディスクとよばれる粒子に再構成して、その粒子上で蛋白質の膜透過反応を再現する。世界で初めて蛋白質膜透過反応を可視化することを目指す。
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