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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Structure and function of glycolipozyme MPIase involved in protein translocation across and insertion into membranes

Research Project

Project/Area Number 17H02209
Research InstitutionIwate University

Principal Investigator

西山 賢一  岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsタンパク質膜挿入 / タンパク質膜透過 / 糖脂質 / MPIase
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質MPIaseの構造と機能に関して以下の研究成果を挙げた。
1.MPIase機能に関する遺伝学的解析。MPIaseの構造からMPIase生合成経路を予測し、MPIaseの最初の生合成酵素として、リン脂質生合成に関わるCDP-DAG生合成酵素CdsAとそのパラログYnbBを発見した。酵母ミトコンドリアのCDP-DAG生合成酵素Tam41によりリン脂質生合成を相補し、MPIaseのみが枯渇する株を構築し、MPIaseがin vivoでもタンパク質膜挿入・膜透過に関与することを証明し、菌の生育にも必須であることを示した。
2.MPIaseの発現制御に関する解析。MPIaseは低温下で発現量が大幅に増加することを見出し、この増加がタンパク質膜透過の低温感受性を抑制していることを明らかにした。さらに、低温下でのMPIaseの増加はCdsAの発現量増加により制御されていることを見出した。CdsAの低温下の増加は、異なる2種のプロモーターが時間差で作動することにより制御されていることを明らかにした。
3.再構成系を用いたMPIaseの機能解析。再構成系を用いて、MPIaseはすべての膜挿入反応に関与することを示した。まずMPIaseが作用し、続いてYidCが作用することを示した。
4.MPIaseの部分化学合成標品を用いた構造―機能相関関係の解析。MPIase糖鎖の繰り返しユニットを化学合成したところ、弱いながらも膜挿入活性があることを明らかにした。MPIaseのピロリン酸は、膜表面の構造を大幅に変化させることも見出した。
5.MPIaseはTAT膜透過反応にも関与することを発見した。これまでTAT膜透過の再構成が報告されていない理由がMPIaseが不足しているためであると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画通りの研究が進展したのに加え、MPIaseがTAT膜透過にも関与することを見出した。これは、TAT膜透過反応発見以来20年以上経つにもかかわらずTAT膜透過の再構成が成功したという報告がない理由がMPIaseの不足によるものである可能性が強く、MPIaseを加えてTAT膜透過の完全再構成が現実的になってきたため、「(1)当初の計画以上に進展している。」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質MPIaseの構造と機能に関して、以下の研究を続行する。
1.MPIase生合成に関してCdsAやYnbBに続く生合成酵素の探索を行う。すでに可能性のある因子としてYncLを同定しており、YncLをコードする遺伝子の破壊株、YncL過剰生産株を構築し、YncL枯渇の影響を調べる。糖鎖繰り返しユニットを一つだけもつ化学合成標品mini-MPIaseは、MPIaseが糖鎖伸長する際、糖鎖ユニットの供与体にも受容体にもなり得ると考えられる。mini-MPIaseに大腸菌膜画分や細胞質画分を作用させ、糖鎖伸長が起きるかどうか調べる。糖鎖伸長が確認できた場合は、伸長酵素を精製し、アミノ酸配列を決定する。さらに、その酵素をコードする遺伝子破壊株を構築し、MPIase糖鎖伸長阻害が菌の生育やタンパク質膜挿入反応に及ぼす影響を調べる。
2.令和元年度までにMPIaseがTAT膜透過反応に関与することを新たに見出した。TAT膜透過はTatABC複合体が膜透過チャネルを形成し、プロトン駆動力により既に構造を形成したTAT基質を膜透過させると考えられている。TatABCを精製し、F0F1-ATPaseによりプロトン駆動力を形成しながらMPIaseを共に再構成することによりTAT膜透過活性が検出できるかどうか調べ、TAT完全再構成系の確立を目指す。本研究により、TAT発見以来20数年成功していないTAT膜透過が初めて成功する可能性が高い。

Remarks

https://www.iwate-u.ac.jp/upload/images/0204pressrelease.pdf

  • Research Products

    (44 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (13 results) (of which Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 13 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Biosynthesis of glycolipid MPIase (membrane protein integrase) is independent of the genes for ECA (enterobacterial common antigen)2020

    • Author(s)
      Kamemoto Yuki、Funaba Nanaka、Kawakami Mayu、Sawasato Katsuhiro、Kanno Kotoka、Suzuki Sonomi、Nishikawa Hanako、Sato Ryo、Nishiyama Ken-ichi
    • Journal Title

      The Journal of General and Applied Microbiology

      Volume: 66 Pages: 169~174

    • DOI

      10.2323/jgam.2019.05.001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] In vitro assay for bacterial membrane protein integration into proteoliposomes2020

    • Author(s)
      Nishikawa Hanako、Sasaki Masaru、Nishiyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Bio Protocol

      Volume: 10 Pages: in press

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 大腸菌におけるタンパク質膜輸送に関与する糖脂質MPIase の発現制御機構~酵素様機能をもつ糖脂質 MPIase~2020

    • Author(s)
      沢里克宏, 藤川紘樹, 島本啓子, 西山賢一
    • Journal Title

      化学と生物

      Volume: 58 Pages: 223-230

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Novel Glycolipid Involved in Membrane Protein Integration: Structure and Mode of Action2019

    • Author(s)
      Fujikawa Kohki、Nomura Kaoru、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
    • Journal Title

      Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan

      Volume: 77 Pages: 1096~1105

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.77.1096

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enzyme-like Glycolipids MPIase Involved in Membrane Protein Integration of <i>E. coli</i>2019

    • Author(s)
      Fujikawa Kohki、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
    • Journal Title

      Trends in Glycoscience and Glycotechnology

      Volume: 31 Pages: E151~E158

    • DOI

      10.4052/tigg.1705.1E

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Free energy profiles of lipid translocation across pure POPC and POPC/CHOL bilayer: all-atom molecular dynamics study2019

    • Author(s)
      Saito Hiroaki、Morishita Tetsuya、Mizukami Taku、Nishiyama Ken-ichi、Kawaguchi Kazutomo、Nagao Hidemi
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1290 Pages: No 012020

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1290/1/012020

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Alteration of Membrane Physicochemical Properties by Two Factors for Membrane Protein Integration2019

    • Author(s)
      Nomura Kaoru、Yamaguchi Toshiyuki、Mori Shoko、Fujikawa Kohki、Nishiyama Ken-ichi、Shimanouchi Toshinori、Tanimoto Yasushi、Morigaki Kenichi、Shimamoto Keiko
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 117 Pages: 99~110

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.05.014

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Two‐step induction of cdsA promoters leads to upregulation of the glycolipid MPIase at cold temperature2019

    • Author(s)
      Sawasato Katsuhiro、Sekiya Yusei、Nishiyama Ken‐ichi
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: 593 Pages: 1711~1723

    • DOI

      10.1002/1873-3468.13460

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The bacterial protein YidC accelerates MPIase-dependent integration of membrane proteins2019

    • Author(s)
      Sasaki Masaru、Nishikawa Hanako、Suzuki Sonomi、Moser Michael、Huber Maria、Sawasato Katsuhiro、Matsubayashi Hideaki T.、Kumazaki Kaoru、Tsukazaki Tomoya、Kuruma Yutetsu、Nureki Osamu、Ueda Takuya、Nishiyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 294 Pages: 18898~18908

    • DOI

      10.1074/jbc.RA119.011248

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Expression of alcohol oxidase gene from Ochrobactrum sp. AIU 033 in recombinant Escherichia coli through the twin-arginine translocation pathway2019

    • Author(s)
      Matsumura Kenji、Yamada Miwa、Yamashita Takeshi、Muto Hitomi、Nishiyama Ken-ichi、Shimoi Hitoshi、Isobe Kimiyasu
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 128 Pages: 13~21

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2018.12.012

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Increased expression of the bacterial glycolipid MPIase is required for efficient protein translocation across membranes in cold conditions2019

    • Author(s)
      Sawasato Katsuhiro、Suzuki Sonomi、Nishiyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 294 Pages: 8403~8411

    • DOI

      10.1074/jbc.RA119.008457

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] YnbB is a CdsA paralogue dedicated to biosynthesis of glycolipid MPIase involved in membrane protein integration2019

    • Author(s)
      Sato Ryo、Sawasato Katsuhiro、Nishiyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 510 Pages: 636~642

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2019.01.145

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] CdsA is involved in biosynthesis of glycolipid MPIase essential for membrane protein integration in vivo2019

    • Author(s)
      Sawasato Katsuhiro、Sato Ryo、Nishikawa Hanako、Iimura Naoki、Kamemoto Yuki、Fujikawa Kohki、Yamaguchi Toshiyuki、Kuruma Yutetsu、Tamura Yasushi、Endo Toshiya、Ueda Takuya、Shimamoto Keiko、Nishiyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: No 1372

    • DOI

      10.1038/s41598-018-37809-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Eukaryotic homologs of CdsA possess the ability to biosynthesize glycolipid MPIase involved in membrane protein integration and preprotein translocation2020

    • Author(s)
      Yusei Sekiya, Katsuhiro Sawasato, Ken-ichi Nishiyama
    • Organizer
      International Symposium on “Environmental Response Mechanisms in Plants and Animals”
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reconstitution of the TAT (Twin-Arginine Translocation) pathway that depends on both TatABC and glycolipid MPIase2020

    • Author(s)
      Kotoka Kanno, Hanako Nishikawa, Katsuhiro Sawasato, Miwa Yamada, Ken-ichi Nishiyama
    • Organizer
      International Symposium on “Environmental Response Mechanisms in Plants and Animals”
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In vitro analysis of glycolipid MPIase and protein YidC involved in membrane protein insertion2020

    • Author(s)
      Yuta Endo, Masaru Sasaki, Katsuhiro Sawasato, Yuko Shimizu, Ross Dalbey, Ken-ichi Nishiyama
    • Organizer
      International Symposium on “Environmental Response Mechanisms in Plants and Animals”
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 糖脂質酵素MPIaseの生合成経路の探索2020

    • Author(s)
      亀本有生、 川上真由、 船場菜々香、 沢里克宏、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] TATタンパク質膜透過の再構成2020

    • Author(s)
      西川華子、菅野琴華、沢里克宏、山田美和、菊池慶実、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] MPIaseはTAT(Twin-Arginine Translocation)膜透過反応に必須である2020

    • Author(s)
      菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] 真核生物のCdsAホモログによるタンパク質膜挿入因子MPIase生合成2020

    • Author(s)
      関谷優晟、沢里克宏、西山 賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] タンパク質膜挿入反応に関わる糖脂質酵素 MPIase の構造と機能の解析2020

    • Author(s)
      村本真規、鈴木苑実、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] 生体膜に化学物質に対する耐性度を与える因子の探索2020

    • Author(s)
      沢里克宏、平野絵里香、西向めぐみ、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] タンパク質膜挿入に関わる因子群と膜電位との協調的作用のin vitro解析2020

    • Author(s)
      遠藤佑太、志水優子、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] 2つの類似糖脂質MPIaseとECAは生合成経路が全く異なる2020

    • Author(s)
      亀本有生、船場菜々香、沢里克宏、西山賢一
    • Organizer
      第2回細胞形成研究会
  • [Presentation] タンパク質膜挿入・膜透過反応に関与する「糖脂質酵素(Glycolipozyme)」MPIaseの構造と機能2020

    • Author(s)
      西山賢一
    • Organizer
      新潟薬科大学学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌のタンパク質膜挿入・膜透過にかかわる糖脂質MPIaseの構造と機能2020

    • Author(s)
      西山賢一
    • Organizer
      遺伝研研究会「単細胞システムにおける細胞内装置の動的相互作用」
    • Invited
  • [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素 MPIase の中間体解析と新規生合成因子 YncL の同定2019

    • Author(s)
      亀本有生、川上真由、船場 菜々香、沢里克宏、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
    • Organizer
      21世紀大腸菌研究会
  • [Presentation] 糖脂質酵素 MPIase は TAT 膜透過反応に必須の因子である2019

    • Author(s)
      西川華子、菅野琴華、沢里克宏、山田美和、菊池慶実、西山賢一
    • Organizer
      21世紀大腸菌研究会
  • [Presentation] MPIase は TAT (Twin-Arginine Translocation) 基質の膜へのターゲティングに関与する2019

    • Author(s)
      菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
    • Organizer
      21世紀大腸菌研究会
  • [Presentation] Cds ファミリーによる大腸菌における MPIase 生合成能およひ?リン脂質生合成能の評価2019

    • Author(s)
      関谷優晟、沢里克宏、西山賢一
    • Organizer
      21世紀大腸菌研究会
  • [Presentation] 2 つの類似糖脂質 MPIase と ECA は生合成経路が全く異なる2019

    • Author(s)
      亀本有生、船場菜々香、沢里克宏、西山賢一
    • Organizer
      日本生化学会東北支部第85回例会
  • [Presentation] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質MPIaseの生合成酵素CdsAの真核生物ホモログの機能解析2019

    • Author(s)
      関谷優晟、 沢里克宏、西山賢一
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
  • [Presentation] MPIaseはTAT (Twin-Arginine Translocation) 経路における基質の膜へのターゲティングに関与する2019

    • Author(s)
      菅野琴華、 西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
  • [Presentation] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIaseの生合成に関わる因子の探索2019

    • Author(s)
      亀本有生、 川上真由、 船場菜々香、 沢里克宏、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
  • [Presentation] 糖脂質MPIase を用いたTAT 膜透過反応の再構成2019

    • Author(s)
      西川華子、菅野琴華、沢里克宏、山田美和、菊池慶実、西山賢一
    • Organizer
      第14 回無細胞生命科学研究会
  • [Presentation] 糖脂質酵素MPIase 生合成因子の探索とその機能解析2019

    • Author(s)
      亀本有生、船場菜々香、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
    • Organizer
      第14 回無細胞生命科学研究会
  • [Presentation] 糖脂質酵素 MPIase の生合成に関与する新規因子YncLの同定2019

    • Author(s)
      亀本有生、川上真由、船場菜々香、藤川紘樹、島本啓子
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部 第154大会
  • [Presentation] Cds(CDP ジアシルグリセロール合成酵素)ファミリーによるタンパク質膜挿 入因子MPIaseの生合成2019

    • Author(s)
      関谷優晟、沢里克宏、西山賢一
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部 第154大会
  • [Presentation] TAT(Twin-Arginine Translocation)経路においてMPIaseは基質の膜へのターゲ ティングに関与する2019

    • Author(s)
      菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部 第154大会
  • [Presentation] 真核生物のCdsファミリーはバクテリアの糖脂質MPIase生合成活性をもつ2019

    • Author(s)
      関谷優晟、沢里克宏、西山 賢一
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] MPIaseはTAT (Twin-Arginine Translocation) 経路における基質の細胞質膜へのターゲティングに関与する2019

    • Author(s)
      菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] タンパク質膜挿入反応を触媒する糖脂質MPIaseの生合成因子の同定2019

    • Author(s)
      亀本有生、船場菜々香、川上真由、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] Dissection of function of machinery for membrane protein insertion involving glycolipid MPIase and protein YidC2019

    • Author(s)
      Yuta Endo, Masaru Sasaki, Katsuhiro Sawasato, Yuko Shimizu, Ross Dalbey, Ken-ichi Nishiyama
    • Organizer
      UGAS International Simposium~Thai-Japan Agricultural Science
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 岩手大学農学部・応用生物化学科・分子生物学研究室

    • URL

      http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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