2018 Fiscal Year Annual Research Report
Structures and Activities of Clock Protein KaiC Encoding the Earth Rotation from the Ancient Time
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16K14685
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
古池 美彦 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (70757400)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 概日時計 / シアノバクテリア / ATPase / X線結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シアノバクテリアは24時間の地球自転周期に対応するため体内時計システムを有している。時計タンパク質の中核であるKaiCはATPを加水分解して時計システム全体の速度をコントロールしながら、自己リン酸化/自己脱リン酸化を繰り返しリズムを生み出す(24時間周期の自律振動性)。KaiCの活性は温度にほとんど依存せず（温度補償性）、反応系中の多数のKaiCは位相依存的にほぼ同等の化学状態をとるように制御されている（同調性）。こうしたKaiCタンパク質の特徴は高等生物の体内時計システムにおいても共通に見られ、KaiCは物理化学・生物物理の観点から体内時計を研究する格好の材料となっている。
課題開始当初には、重要な学術的観点として①速度を規定するATP加水分解部位と振幅を生み出すリン酸化部位の構造上の関連、②ATP加水分解/リン酸化活性部位構造の他種ホモログや祖先型における保存性の２点を、さらに実用上の観点として③リズム測定系の自動化を挙げた。このうち観点①に対してはKaiCの結晶化条件を確立し、複数の晶系において原子分解能の構造を構築することに成功した。得られた複数の結晶構造はそれぞれ異なるリン酸化状態にあり、ATP加水分解部位とリン酸化部位のカップリング機構を考える材料が揃ったといえる。観点②については好熱性シアノバクテリアから同定されたホモログKaiCの結晶化条件を絞り込み高分解能構造の取得に成功した。祖先型KaiCについては系統樹に基づく統計計算を進め、そのアミノ酸配列を推定した。観点③に関してはリズム測定を自動的に進めるための装置およびデータ分析を迅速に行うためのソフトウェアを独自開発した。
以上のように当初掲げた一連の課題に取り組み、一定の成果を挙げた。一方で系統樹計算および祖先型配列の推定など課題中の難点にも当たったが、解決に向けての道筋についても把握することができた。
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