2017 Fiscal Year Annual Research Report
Structural study of ExbB-ExbD-TonB that is responsible for energy transduction of proton motive force in bacteria
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15K06986
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
眞木 さおり 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 研究員 (20513386)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米倉 功治 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 主任研究員 (50346144)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡 / イオンチャネル / プロトン駆動力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大腸菌などのグラム陰性菌は、鉄や栄養素を細胞外から外膜レセプターを介して取り込み、ペリプラズム領域へ輸送するために細胞質膜内外に生じるプロトン駆動力(proton motive force; pmf)を利用する。本研究では、大腸菌の外膜と内膜のエネルギーの伝達を担う内膜プロトンチャネルExbB-ExbD-TonB複合体の構造解析を行い、内膜プロトンチャネルから外膜レセプターへのpmfの供給機構を解明することを目指した。
大量に発現、精製したExbB-ExbD複合体の結晶化を進め、X線結晶構造解析により、ExbBの6量体のリング状構造を決定することができた。平行してExbB-ExbD複合体を氷に包埋し、クライオ電子顕微鏡の単粒子像解析を進めた結果、ExbDの3量体がExbBの6量体に取り囲まれた状態で存在していることがわかった。また、単粒子像解析からは、ExbBの5量体とExbDの単量体からなる構造も得られた他、この5量体の構造はイオン透過活性が低下する低いpHで多く形成され、逆に6量体の構造は、活性が上昇する高いpHで多くなることが明らかになった。より生理的な環境に近い脂質膜中でExbB-ExbD複合体の二次元結晶を作製し電子顕微鏡による画像解析を行ったところ、この条件でも5量体と6量体の両者が存在した。さらに水素イオン透過を計測するなど種々の解析を行った結果、この二つの複合体が相互に変換することがわかった。得られた構造を詳細に調べると5量体と6量体の変換は、ExbBの分子間の反発力がpHにより変化し、pHの高いときには分子間の距離が離れた6量体が安定化され、pHが低いときには分子間がより密な5量体が安定化されることが示された。
本研究により、ダイナミックな形態変化によるイオンチャネルの活性制御機構という新しい現象が明らかになった。
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Research Products
(5 results)
