2018 Fiscal Year Annual Research Report
Structural study of ion-driven energizers by cryo-EM and X-ray crystallography
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16H04757
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
米倉 功治 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, グループディレクター (50346144)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | クライオ電子顕微鏡 / X線結晶構造解析 / 単粒子解析 / 電子線三次元結晶構造解析 / イオンチャネル / プロトン駆動力 / 構造多型 / ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高等動物から原核生物に至るまで、生体膜内外のプロトン濃度勾配（プロトン駆動力）は、生命活動を担う重要なエネルギー源になる。このエネルギーを使って、ATP合成、栄養素や合成した蛋白質の輸送、薬剤の取り込みや排出、運動の駆動等が実現される。細菌では、同じファミリーに属する膜蛋白質がいろいろな生命活動にプロトン駆動力を供給しているが、その構造情報は不足していた。本課題では、このうち鉄輸送に関わるExbBD等の電子線及びX線結晶構造解析と電子線単粒子解析を進めている。これにより、いろいろなイオン環境下における構造やコンフォメーションの変化を高い空間分解能で捉える他、イオン通路等の機能部位の荷電状態を精密解析する。以上から、この膜蛋白質ファミリーに共通するイオン駆動力の利用、機能発現に繋がる分子機構の詳細を明らかにすることを目指した。
X線結晶構造解析によりExbBの2.8Å分解能での構造決定に成功した。さらに単粒子解析からExbB/ExbD複合体の構造を明らかにし、pHの変化に伴いサブユニットの数が変化し、これがチャネル活性に大きな影響を及ぼすことを明らかにした（Maki-Yonekura et al., eLife, 2018）。これは膜タンパク質がダイナミックに構造を変化させることで活性化する新しい作動機構と考えられる。
新型クライオ電子顕微鏡を導入し、電子線三次元結晶構造解析(Yonekura et al., J. Struct. Biol., 2019)と単粒子解析(Hamaguchi et al., J. Struct. Biol., 2019)において、高精度の構造解析に成功した。また、荷電状態解析のため参照データが存在しなかった水素、炭素、窒素、リン、硫黄のイオン散乱因子を量子化学計算により決定した (Yonekura et al., IUCrJ, 2018)。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(18 results)
