2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17J06203
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
加藤 孝郁 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 構造生物学 / 植物 / 鉄イオンホメオスタシス / 液胞 / 金属イオン輸送体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全ての生物において鉄イオンは重要な補因子である一方、生体分子を直接損傷する活性酸素を産生してします。したがって、細胞内では鉄イオンの濃度は厳密な制御を受けている。植物において、細胞小器官の1つである液胞は鉄イオンの隔離・貯蔵を担っており、液胞内腔への鉄イオン輸送は液胞膜局在の鉄イオントランスポーターVIT1が関わっている。VIT1は植物の鉄イオンホメオスタシスに重要であり、現在も生理学的な研究が行われている。また、VIT1を用いたの改変作物の開発が進み、既に実用化の段階にまで迫っている。さらに、マラリア原虫のVIT1は寄生過程で重要なはたらきをし、薬剤の標的としても注目されている。以上のように、VIT1の研究は植物の鉄イオンホメオスタシスの更なる理解や有用作物の作出、新規抗マラリア薬の開発に関わる重要なものである。しかし、VIT1は既存のトランスポーターとアミノ酸配列の相同性を示さず、その詳細な分子機構は未だにほとんど分かっていない。本研究は植物の鉄イオンホメオスタシスに関わる液胞膜局在の金属イオントランスポーターVIT1の立体構造をX線結晶構造解析によって明らかにし、その輸送機構を明らかにすること目指す。VIT1の立体構造は2016年から2017年にかけ5つ決定した。また、今年度はVIT1全長の別状態の構造解析や、H+の輸送を直接検出することに成功し、より詳細な輸送機構の解明につながった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度はVIT1の全長構造に輸送基質の1つであるコバルトイオンの結合状態の構造解析に成功した。コバルトイオンはVIT1の膜貫通ドメインに形成された輸送経路に結合し、膜貫通ヘリックスの構造変化を引き起こしていた。この構造変化は3つのグリシン残基と1つのプロリン残基に起因しており、これらアミノ酸残基の変異は輸送活性を著しく減少させた。昨年度明らかにすることができていなかったVIT1の輸送時の構造変化に関わる具体的なアミノ酸残基の同定に成功した。また、VIT1が輸送時に共役するH+の輸送を直接検出することにも成功している。H+輸送は膜貫通ドメインの輸送経路を構成する酸性残基の変異によって低下することから、共役に関わるアミノ酸残基の同定にも成功した。
昨年度から得ていた研究も含め、VIT1が2つのドメインの協同によって効率よく金属イオンを輸送する事、また膜貫通ドメインにおける金属イオン輸送の詳細な機構に解明に至った。そのため、当初の計画以上にVIT1の分子機構の解明をすることに成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
VIT1は細胞質側に輸送経路が開いた構造、および細胞質側と液胞側どちら側も閉じた2つの状態の構造を得られている。今後は液胞側に開いた構造解析を進めることで、VIT1の輸送サイクル全容の解明を目指す。また、マラリア原虫のVIT1相同遺伝子は薬剤の標的として重要であるが、植物のVIT1と比較するとアミノ酸配列の相同性は低い。特に、膜貫通ドメインの輸送経路のアミノ酸残基は保存されておらず、植物のVIT1とは異なる機構を有する可能性がある。本年度はマラリア原虫のVIT1の構造解析にも取り込み、その立体構造の解明を目指す。
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