非天然アミノ酸導入蛋白質を用いた蛋白質のミトコンドリア移行の分子機構の解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09044070
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 遠藤 斗志也 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70152014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SHULTZ Peter カリフォルニア大学, バークレイ校, 教授 ; 吉久 徹 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60212312) ; 西川 周一 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10252222)
• Keywords: ミトコンドリア / タンパク質輸送 / 酵母 / 光架橋 / 膜透過装置

Research Abstract

ミトコンドリアタンパク質の多くは,サイトゾルで合成された後,ミトコンドリア外膜と内膜の膜透過装置の働きで,外膜と内膜を通過して,ミトコンドリア内部に移行する。本研究では,非天然アミノ酸を導入した前駆体蛋白質を用いて,タンパク質複合体であるこれらの膜透過装置と前駆体の相互作用の解析を行い,タンパク質のミトコンドリア膜透過の仕組みを明らかにすることを目的としている。
ミトコンドリアタンパク質前駆体のプレ配列中の様々な部位に,無細胞タンパク質合成系を用いて,光反応性の非天然アミノ酸残基を部位特異的に導入した。この前駆体と膜電位を消失させたミトコンドリアをin vitroでインキュベートすることによりミトコンドリア膜透過反応中間体を生成し,光照射によって架橋反応を行った。これまでは,外膜膜透過装置にはプレ配列結合部位がサイトゾル側(シス部位)と膜間部(トランス部位)の2ヶ所にあり,シス部位からトランス部位へとプレ配列が移動することにより,前駆体の外膜通過が駆動されるものと考えられいた。しかし今回の架橋実験より,プレ配列と外膜の膜透過装置構成タンパク質との相互作用は,シス部位結合の条件下でもトランス部位結合の条件下でも,ほとんど変化しないことがわかった。しかし,トランス部位結合の条件下では,プレ配列よりも下流の成熟体部分が膜透過装置と相互作用しているらしいことが分かった。以上の結果は,前駆体の外膜通過の駆動力はプレ配列がシス部位からトランス部位へと移行することによって引き起こされているのではないことを示しており,今後新しい分子機構を考える必要があることを示すものである。

Research Products

• [Publications] T.Kanamori et al.: "Probing the environment along the protein import pathways in yeast mitochondria by site-specific photocrosslinking." Proc.Natl.Acad.Sci USA. 94. 485-490 (1997)
• [Publications] S.Nishikawa and T.Endo: "The yeast JEM1p is a DnaJ-like protein of the endoplasmic reticulum membrane required for nuclear fusion." J.Biol.Chem.272. 12889-12982 (1997)
• [Publications] J.Iwahashi et al.: "Analysis of the functional domain of the rat liver mitochondrial import receptor Tom20" J.Biol.Chem.272. 18467-18472 (1997)
• [Publications] 遠藤 斗志也 ら: "ミトコンドリアへのターゲティングと膜透過" 細胞工学. 6. 1275-1281 (1997)
• [Publications] S.Nishikawa and T.Endo: "Reinvestigation of the functions of the hydrophobic segment of Jemlp,a yeast endoplasmic reticulum membrane protein mediating nuclear fusion." Biochem.Biophys.Res.Commun.(in press). (1998)
• [Publications] T.Endo(分担執筆): "Membrane Proteins:Structure,Function and Expression Control.(N.Hamasaki and K.Mihara eds) Kyushu University Press/S.Karger AG,Fukuoka/Basel" Assembly of thylakoid membrane proteins in chloroplasts., 191-197 (1997)
• [Publications] T.Endo(分担執筆): "Molecular Chaperones in Proteins:Structure,Function,and Mode of Action(A.Fink and Y.Goto,eds)Marcel Dekker,Inc.New York" Roles of molecular chaperones in mitochondrial protein import., 435-466 (1997)