筋小胞体カルシウムイオンポンプの結晶構造解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480171
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 豊島 近 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (70172210)
• Keywords: イオンポンプ / 筋小胞体 / 能動輸送 / 三次元構造 / 電子顕微鏡 / 構造解析 / 膜蛋白質 / X線結晶解析

Research Abstract

P型イオンポンプの代表的メンバーである筋小胞体カルシウATPaseに関し三次元構造解析を行い、能動輸送の構造的実体を明らかにするのが本研究の目標である。これまでに、カルシウム非存在下で形成されるチューブ状結晶と高濃度のカルシウム存在下で超薄三次元結晶が得られている。チューブ状結晶に関しては、クロミウムATPを結合させたものに関し、分解能8Åでの解析が完成した。クロミウムATPありなしによる差を14Åで可視化し、発表した。8Å分解能のマップではイオン通路が見える。New York 大 Stokesグループとの共同研究によって、この酵素の強力な阻害剤であるthapsigarginを結合させた状態のものについても解析を行い、やはり8Å分解能での構造を得た。この状態の構造の方が規則性がよく、新型の電子顕微鏡の威力もあって良いデータが得られた。その結果10本の膜貫通ヘリックスを可視化でき、その帰属に関してもモデルを提出できた。この結果は、Nature誌上に発表される(印刷中)。クロミウムATPを結合させた状態の構造は膜内、ストーク領域ともthapsigarginを結合させたものとは大きく異なっており、イオン通路の入口も広くなっていた。高カルシウム存在下の超薄三次元結晶に関してはチューブ状結晶との比較を行い、カルシウムの有無によると考えられる大きな差があることがわかった(投稿中)。板状三次元結晶に関し、電子線・X線回折による4Å分解能のデータ収集が進行中であるが、三次元結晶の改良に成功したため実験室レベルでもX線回折データを得ることが出来、アミノ酸を解像できる分解能で構造解析を行える目途が立った。

Research Products

• [Publications] P.Zhang: "Structure of the calcium pump from sarcoplasmic reticulum at 8Å resolution" Nature. In press. (1998)
• [Publications] K.Yonekura: "The ATP binding site of Ca^<2+> -ATPase revealed by electron image analysis" Biophys.J.72. 997-1005 (1997)
• [Publications] C.Toyoshima: "Cryo-electron microscopy of ion channels and pumps" Progress in Cell Research. 6. 63-73 (1997)
• [Publications] 米倉 功治: "膜タンパク質チューブ状結晶の三次元構造解析-らせん対称性の利用" 細胞工学. 16. 1839-1847 (1997)
• [Publications] 米倉 功治: "筋小胞体カルシウムATPaseの構造と機能" 生物物理. 37. 310-314 (1997)
• [Publications] 京極 好正: "構造生物学とその解析法" 共立出版株式会社, 192 (1997)
• [Publications] N.Hamasaki: "MEMBRANE PROTEINS:structure,function and expression control" Kyushu University Press and S.Karger AG, 413 (1997)